Różnica między spawaniem, lutowaniem twardym i lutowaniem

Spawanie, lutowanie twarde i lutowanie: różnice

Techniki spawania, lutowania twardego i lutowania służą do łączenia dwóch lub więcej kawałków materiału, zwłaszcza metali, poprzez zastosowanie ciepła. Techniki te są również wykorzystywane do wypełniania szczelin między częściami metalowymi. Główne różnice między spawaniem, lutowaniem twardym i lutowaniem dotyczą dwóch kluczowych czynników – zastosowanej temperatury oraz wpływu temperatury na stan materiału rodzimego. Każdy proces służy do innych zastosowań. Która technika jest najlepsza? Zależy to od rodzaju użytego materiału, wymaganej wytrzymałości i zastosowania. Przyjrzyjmy się różnicom, zaletom, wadom i zastosowaniom wszystkich tych procesów.

Jak działa spawanie?

Podczas spawania dwa lub więcej metali łączy się przez topienie i przetop, zwykle z dodatkiem spoiw i gazów osłonowych. Powstałe połączenie jest tak samo mocne, a nawet mocniejsze niż metale. Skoncentrowane ciepło jest kierowane bezpośrednio na łączony obszar. Zastosowane ciepło powinno mieć wystarczająco wysoką temperaturę, aby stopić metale rodzime (metale, które są łączone) i spoiwa. Dlatego początkowa temperatura spawania powinna być niemniejsza niż temperatura topnienia metali rodzimych.

Spawanie sprawdza się przy łączeniu dużych elementów. W procesie spawania powstają jednak nieregularne ściegi, co sprawia, że metoda ta nie nadaje się do zastosowań wymagających złączy kosmetycznych.

Różne rodzaje spawania:

Spawanie łukowe w osłonie gazowej (GMAW)

Spawanie elektrodą otuloną (SMAW)

Spawanie łukowe w osłonie gazowej (FCAW).

Spawanie łukowe w osłonie gazowej elektrodą wolframową (GTAW).

Zalety spawania

• Spawanie daje mocniejsze połączenia niż lutowanie twarde i lutowanie
• Połączenia spawane nadają się do zastosowań w wysokich temperaturach
• Spawanie może łączyć zarówno cienkie, jak i grube odcinki materiałów

Wady spawania

• Wysoka temperatura obróbki powoduje większe zniekształcenia termiczne i naprężenia resztkowe w połączeniach w porównaniu do lutowania twardego i lutowania
• Konieczna jest obróbka końcowa, aby złagodzić naprężenia resztkowe połączeń
• Proces spawania nie nadaje się do łączenia różnych metali
• Spawane połączenie ma nieregularne ściegi, co sprawia, że metoda ta nie sprawdza się w zastosowaniach, w których wygląd ma duże znaczenie.

Zastosowania spawania

Spawanie znajduje zastosowanie w produkcji, budownictwie, transporcie i warsztatach remontowych. Przykłady zastosowań spawalniczych obejmują zespoły zrobotyzowane, konstrukcje budowlane, mosty, produkcję zbiorników ciśnieniowych, samolotów, rurociągów, torów kolejowych i autobusów.

Jak działa lutowanie twarde?

Podczas lutowania twardego dwa lub więcej materiałów łączy się poprzez wtopienie spoiwa w połączenia materiałów rodzimych w celu utworzenia mocnych wiązań. Lutowanie twarde nie topi materiałów rodzimych w celu połączenia ich ze sobą. Dlatego temperatura lutowania twardego musi być niższa niż temperatury topnienia stosowanych materiałów rodzimych. Proces lutowania twardego polega na tworzeniu metalurgicznego wiązania między powierzchnią łączonych metali a spoiwem. Proces wymaga niewielkich odstępów, aby wciągnąć stopione spoiwo do połączenia poprzez działanie kapilarne, gdy metale osiągną temperaturę powyżej 450°C (840°F).

Podczas lutowania twardego łączone materiały rodzime poddawane są działaniu ciepła. Następnie doprowadza się do kontaktu spoiwa z podgrzanymi metalami rodzimymi, aby natychmiast stopić spoiwo. Stopione spoiwo zostaje całkowicie wciągnięty w mały odstęp poprzez działanie kapilarne, tworząc połączenie lutowane na twardo. Istnieją różne rodzaje lutowania twardego, np. za pomocą palnika, pieca, indukcji i oporu.

Zalety lutowania twardego

• Wymaga niskiego poboru mocy i temperatury obróbki (w zakresie od 620°C do 870°C (od 1150°F do 1600°F) w porównaniu ze spawaniem, co pozwala zaoszczędzić koszty energii
• Możliwość łączenia różnych metali przy użyciu topnika lub stopów powlekanych topnikiem
• Połączenia są mocniejsze niż w przypadku lutowania. Prawidłowe lutowanie twarde może tworzyć mocniejsze połączenia niż metal rodzimy
• W przeciwieństwie do spawania, lutowanie twarde zapewnia gładkie połączenia z regularnymi ściegami, dzięki czemu sprawdza się tam, gdzie kluczowe znaczenie ma estetyka
• Dzięki niskiej temperaturze obróbki tworzy połączenia o minimalnych naprężeniach resztkowych i odkształceniach termicznych w porównaniu ze spawaniem
• Nie wymaga dodatkowej obróbki cieplnej, co pozwala na oszczędność kosztów
• Materiały rodzime nie topią się, lecz odzyskują większość swoich właściwości fizycznych
• Łatwiej się nauczyć lutowania twardego niż spawania

Wady lutowania twardego

• Połączenia lutowane na twardo mają mniejszą wytrzymałość niż połączenia spawane
• W przeciwieństwie do połączeń spawanych, połączenia lutowane na twardo nie nadają się do zastosowań w wysokich temperaturach
• Topniki mogą zawierać toksyczne składniki

Zastosowania lutowania twardego

Proces lutowania twardego służy do wykonywania połączeń w kaloryferach, częściach samochodowych, okularach, układach elektromechanicznych, zbiornikach, osiach, oświetleniu i oprawach oświetleniowych, panelach słonecznych, przyrządach kalibracyjnych, rozwiązaniach rurowych, biżuterii i sztućcach, twardym metalu i diamentach.

Jak działa lutowanie?

Podczas lutowania metale łączy się poprzez wtopienie spoiwa w połączenia materiałów rodzimych w celu utworzenia mocnych wiązań. Proces odbywa się w temperaturze poniżej 449°C (840°F), czyli znacznie mniejszej niż temperatura spawania i lutowania twardego. Proces lutowania może, ale nie musi, wymagać działania kapilarnego w celu otworzenia połączenia. Metodę tę można stosować do łączenia różnych metali, w tym złota, mosiądzu i miedzi. Istnieją dwa rodzaje lutowania – lutowanie na twardo i lutowanie na miękko. Podobnie jak lutowanie twarde, lutowanie również wykorzystuje topnik do poprawy i wzmocnienia właściwości mechanicznych metalu.

Lutowanie może wydawać się podobne do spawania, ale ma inne zastosowania. Lut jest miękki, dlatego jest dostępny w tubach i szpulach. Luty są często używane w urządzeniach elektronicznych, ponieważ umożliwiają elektroniczne połączenie części. W porównaniu do spawania i lutowania twardego, połączenie lutowane tworzy słabsze połączenia, ale pozwala łączonym elementom przewodzić prąd.

Amerykańskie Towarzystwo Spawalnicze (AWS) klasyfikuje lutowanie jako proces łączenia w fazie ciekłej i stałej. Ciekła to stopienie spoiwa, a stała oznacza, że materiały rodzime nie są stopione.

Zalety lutowania

• Metoda ta umożliwia łączenie różnych metali o różnej grubości
• Ponieważ lutowanie nie wiąże się z wysoką temperaturą, istnieje mniejsze ryzyko uszkodzenia materiałów rodzimych
• Ponowne wyrównanie jest łatwe w przypadku lutowania

Wady lutowania

• Tworzy połączenia o niskiej wytrzymałości w porównaniu do spawania i lutowania twardego, co sprawia, że metoda ta nie nadaje się do zastosowań nośnych
• Połączenia zlutowane nie nadają się do zastosowań w wysokich temperaturach
• Metoda nie może być stosowana do łączenia dużych odcinków
• Topniki mogą zawierać toksyczne składniki

Zastosowania lutowania

Proces lutowania stosuje się do łączenia metalowych przedmiotów w systemach grzewczych, elektronice, klimatyzacji, tryskaczach przeciwpożarowych, grzejnikach, witrażach, biżuterii, samochodach i hydraulikach.

Podsumowanie

Metody spawania, lutowania twardego i lutowania działają inaczej i są wykorzystywane do różnych zastosowań. Różnice między tymi procesami dotyczą dwóch kluczowych czynników – zastosowanej temperatury oraz wpływu temperatury na stan materiału. W zależności od zastosowania można wybrać dowolną z tych metod łączenia materiałów. Wybierając technikę łączenia, należy wziąć pod uwagę różne czynniki, m.in. rozmiar zespołu, rodzaj i grubość materiałów rodzimych, pożądaną wytrzymałość oraz wymagania dotyczące miejsca lub połączenia. Praktyka pozwala opanować każdą z tych technik.