Lehimleme: Mekanizma, Ortak Tasarım ve Uygulamalar

Bu makaleyi okuduktan sonra öğreneceksiniz: - 1. Lehimleme Mekanizması 2. Lehimler 3. Kullanılan Akılar 4. Ortak Tasarım 5. Uygulamalar.

Lehimleme, malzemelerin uygun bir sıcaklığa ısıtılmasıyla ve lehim olarak adlandırılan, 450 ° C'yi aşmayan ve baz malzemenin katı maddesinin altında bir sıvının bulunduğu bir dolgu maddesi kullanılarak, birleştirme işlemidir. Dolgu metali, bağlantıyı oluşturmak için kılcal hareket ile eşleşme yüzeyleri arasında akar. Lehim normal olarak demir dışı bir alaşımdır.

Yapıştırma ve mekanik bağlantı da parçalarını oynamasına rağmen, lehimli bir bağlantının kuvveti esasen metalik bir bağ oluşumu sayesindedir. Lehim, baz metalin erimesiyle değil, bir miktar intermetalik bileşik tabakası oluşturmak için az miktarda çözülerek hareket eder. Lehim eklemi etkilendiğinde, parçaları, herhangi bir katı metal durumunda olduğu gibi bitişik atomlar arasındaki aynı çekici kuvvetlerle bir arada tutar.

Lehimleme Mekanizması:

Lehimleme işlemi, birbiriyle yakından ilişkili üç faktörü içerir;

(i) Islatma,

(ii) Alaşımlama ve yayma ve

(iii) Kılcal hareket ve eklem doldurma.

(i) Islatma:

Katı bir yüzeye yayıldığı sıvının özelliğidir. Lehimlemede akının veya lehimin birleştirilen taban yüzeyleri üzerine yayılması gerekir. Bir lehim bir yüzeyi ıslatmazsa, taban metaline yapışan çok az veya hiç lehim bırakmadan kolayca kesilebilir. Baz metali yayan ve ıslatan lehim, iki yüzey arasında sağlam bir bağlantı üretecek ve sadece kazıma veya dosyalama yoluyla çıkarılabilir.

Bir sıvının katı bir yüzeyi tamamen ıslatması koşulu, Şekil 17.1'de gösterilen temas açısının veya ıslanma açısının sıfır olması gerektiğidir. Yüzeyi ıslatmayan sıvılar, Şekil 17.2'de gösterildiği gibi büyük bir ıslatma açısı oluşturur.

Bu nedenle ıslanma açısı erimiş lehimin metali ne kadar iyi ıslatacağının bir ölçüsüdür ve lehimleme işleminin etkinliğini ve baz metalin lehimleme kabiliyetini görsel olarak değerlendirmede en önemli faktördür. Islatma esas olarak, lehimin bir veya daha fazla elemanı, bir metal oluşturmak üzere baz metal lehimlenirken reaksiyona girdiğinde meydana gelen kimyasal bir reaksiyondur. Islanmayı kolaylaştırmak için ısı verilir.

Genel olarak sıvı lehimler temiz katı metal yüzeyleri ıslatmazlar. Örneğin kalaylı kurşun lehimleri, lehimin bileşimine bağlı olarak çelik yüzeylerde 25 ° ile 70 ° arasında bir temas açısına sahiptir. Bununla birlikte, kalay demir ile alaşımlama kabiliyetine sahiptir ve alaşımla çelik yüzey üzerinde bir kalay filmi oluşması durumunda kalay kurşun lehim ıslatır. Genel olarak, bir lehim, katı ile bir metaller arası bir bileşik oluşturması koşuluyla metal bir yüzeyi ıslatacaktır ya da katı metal, lehimi çözelti içine alabilir.

Islatma, oksit tabakaları tarafından inhibe edilir, bu nedenle başarılı lehimleme için bu tabakaların çıkarılması gerekliliği budur. İyi ıslatma, lehimin derz boşluğuna yumuşak, hızlı ve sürekli bir şekilde akmasını sağlamak için lehimde istenen bir özelliktir.

Bununla birlikte, ıslatma, çeliğin kurşuyla ıslatmasına rağmen erimiş kurşunun temiz oksit içermeyen çelik yüzey ile temas halinde katılaşmasına izin verilmesi halinde ortaya çıkan bir bağ oluşumu için kesinlikle gerekli bir gereklilik değildir. kuvvetli bir şekilde yapıştırılmış lehimli bir bağlantıda.

(ii) Alaşımlama ve Yayma:

Bir lehimin baz metal ile alaşım yapabilme kabiliyeti, yüzeyi ıslatma kabiliyeti ile ilgilidir. Alaşımlama, ana metalin temizliği ile ilgilidir. Arayüzde alaşım oluşumu için lehim ve taban metal arasında yakın temas olmalıdır ve bu, oksit filmini birleştirilecek olan taban metal (ler) in yüzeyinden çıkarmak için bir akıyı temizleyerek ve kullanarak gerçekleştirilir.

Alaşımlama, yayılmaya da yardımcı olur, çünkü sıvı lehim katı içinde çözülürse, oksit tabakasının altına yayılabilir ve ayrılabilir ve böylece erimiş lehimin tüm yüzey boyunca akışını yönlendirebilir. Karakteristik ve yayılma derecesi, baz metalin yapısına, sıcaklığa, akının varlığına veya yokluğuna, metal yüzeyinin pürüzlülüğüne ve oksidasyon derecesine bağlıdır.

Kalay kurşun satanlar gibi% 30'dan az kalay tasarrufu yapan bazı durumlarda, denge koşulları çok az yayılmayla hızla belirlenir. Bununla birlikte, yüksek kalay alaşımlarında, ilk yayılmayı, uzun bir süre boyunca gerçekleşen ikincil bir yayılmayı izler. Kalaylı kurşun satıcılarının maksimum yayılımı, ötektik sıcaklığa yakın alaşımlarla meydana gelir ve pratik lehimleme işlemlerinde bu alaşımlar en iyi akış özelliklerine sahiptir.

Ara bağlantı kanallarına sahip temel metal doku, lehimin kapiller hareket ile yayılmasına yardımcı olmaktadır. Bu tür kanallardan yanal difüzyon, difüzyon bağının oluşması nedeniyle dökme sıvının hızlı bir şekilde yayılmasına yardımcı olur.

(iii) Kılcal Hareket ve Ortak Dolum :

Bir lehimin iki birleşme yüzeyi arasındaki boşluğu doldurma şekli, derz dolgusu kapasitesini ve yüzey kusurlarının doldurulma derecesini etkiler. Erimiş lehimin akışkanlığı, kılcal hareket ile dar boşluklara akabilecek şekilde olmalıdır. Erimiş lehimin eşit olduğu diğer şeyler daha uzun bir mesafeye akacaktır, fakat yüzeylerin ayrılması azaldıkça daha düşük bir akış hızında akacaktır.

Derz dolgusunun etkinliğini etkileyen ana faktörler, lehim ile taban metal arasındaki ıslanma açısı, birleştirilecek iki yüzey arasındaki boşluğun temizlenmesi, ısıtma hızı ve homojenliği, sıcaklığı, kullanılan lehimin doğası ve akının kullanılmasıdır.

Alüminyum ve magnezyum gibi hafif metaller için boşluk bakır alaşımlarından (0, 05 - 0, 40 mm) çok daha büyüktür (0, 125 - 0, 625 mm). Lehim ve ana metalin çözünmezliğinin bir problem olduğu durumlarda, küçük boşluklar aşırı kirlenmeye, erime noktasının artmasına ve olgunlaşmamış katılaşmaya neden olabilir. Böyle bir durum daha hızlı ısıtma oranları ile büyük ölçüde düzeltilebilir.

Eşit olmayan ısıtma, düşük kaliteli bağlantılara neden olan boşluğun düzensiz dolmasına yol açar. Düz mafsalların eşit şekilde ısıtılması zordur, bu nedenle mümkün olduğunda eğrisel mafsalların tercih edilmesi gerekir.

Satıcıların bileşimi ve kullanılan akının niteliği, lehim ekleminin derz dolum kapasitesini ve kalitesini önemli ölçüde etkiler.

Lehimler:

Genellikle sanayide kullanılan satıcılar kalaylı kurşun sistemindedir. Metallerin çoğu bu satıcılar tarafından birleştirilebilir ve çoğu ortama karşı iyi korozyon direncine sahiptir. Baz metalin uygunluğuna bağlı olarak, her tipte akılar bu satıcılarla birlikte kullanılabilir. Onlara atıfta bulunurken ilk önce kalay içeriğine gönderme yapmak gelenekseldir, bu nedenle 60/40 lehim% 60 kalay ve% 40 kurşuntur. Kalaylı kurşun satıcılarının erime noktaları ve katılaşma davranışları en iyi Şekil 17.3 A'da gösterilen faz diyagramlarıyla gösterilebilir.

Şekil 17.3A Kalaylı kurşun sistemi için metalurji denge diyagramı

ASTM numarası, nominal bileşim, erime aralığı ve farklı kalaylı kurşun lehimlerinin tipik uygulamaları tablo 17.1'de özetlenmiştir. Lehim seçimi, birleştirilen metal (ler) in yüzeyini ıslatma kabiliyetine dayanır ve ekonomi için uygun ıslatma ve doldurma özelliklerini sağlayan en az miktarda kalay içeren kalite kullanılmalıdır.

Popüler kalaylı kurşun satıcıların yanı sıra, belirli uygulamalar için istenen özelliklerin elde edilmesi amacıyla başka lehimler de kullanılmaktadır. Bu sistemlerden bazıları arasında kalay-antimon, kalay-antimon-kurşun, kalay-gümüş, kalay-kurşun-gümüş, kalay-çinko, kadmiyum-gümüş, kadmiyum-çinko, çinko-alüminyum, indiyum satıcılar ve bizmut içeren satıcılar sayılabilir. halk arasında 'erimiş alaşımlar' olarak.

Bileşim, erime ve donma noktaları ve bu sistemlerde önemli satıcıların spesifik kullanımları, tablo 17.2'de kaydedilmiştir ve geniş kılavuzlar olarak kullanılabilir.

Lehimlemede Kullanılan Akılar:

Bir lehim akışı, ısıtıldığında metallerin lehimler tarafından ıslanmasını sağlayabilen sıvı, katı veya gaz halinde bir ürün olabilir. İşlevi, oksitleri ve diğer yüzey bileşiklerini, yer değiştirerek veya çözerek lehimlenecek yüzeylerden uzaklaştırmaktır. Lehimden daha düşük bir özgül ağırlığa sahip olması gerekir, böylelikle eklemdeki lehim tarafından yer değiştirebilmesi için.

Lehim akıları dört grupta sınıflandırılabilir, en aktif inorganik akılar, orta derecede aktif organik akılar, en az aktif reçine akıları ve özel uygulamalar için özel akılar. Bu akıların çoğu tel, sıvı, macun veya kuru toz şeklinde mevcuttur.

1. İnorganik Akışlar:

Bu akılar, oldukça aşındırıcı olan ve hızlı ve yüksek akıcı akma etkisine neden olan inorganik asitler ve tuzlardan oluşur. Solüsyon, macun veya kuru tuz olarak uygulanabilirler. Yüksek sıcaklıklarda lehimleme uygulamaları için yanma veya kömür yapmadığından kullanılabilirler. Bununla birlikte, bu akı kalıntıları, lehimlemeden sonra kimyasal olarak aktif kalır ve bu nedenle etkili bir şekilde uzaklaştırmak için harekete geçilmelidir.

Amonyak tuzları içeren inorganik akılar, pirinç lehiminde gerilme korozyonu çatlamasına neden olabilir. Çeliğin lehimlenmesi, oldukça aşındırıcı kalıntı bırakan bir çinko klorür akısı gerektirir. Paslanmaz çeliklerin lehimlenmesinde kullanılan hidroklorik asitte bir çinko klorür çözeltisi daha aşındırıcıdır. Bu akıların kalıntısı iyice yıkanmalıdır.

2. Organik Akı:

Organik akıların ana bileşenleri organik asitler ve bazlar ve bunların bazılarının hidro-halojenürler gibi türevleridir. 90 ila 320 ° C sıcaklık aralığında kullanılırlar ve üstünde aktif olmayan tortu bırakarak ısıyla ayrışırlar.

Organik akılar, hesaplanan miktarlarda en iyi şekilde kullanılırlar; böylece aktif bileşenlerin geride kalmaması için uçma, yanma veya kömürleşme yoluyla tamamen kullanılabilirler. Oluşturulmamış akı, yalıtım manşonlarıyla temas etmemelidir ve kapalı alanlarda lehim yaparken dumanın montajın kritik parçaları üzerinde yoğunlaşmaması için özen gösterilmelidir.

3. Rosin Akıları:

Korozif olmayan bir reçine akısı, su-beyaz reçine, örneğin bir petrol ruhu gibi uygun bir organik çözücü içinde çözülerek üretilebilir. Rosin, esas olarak 175 ila 315 ° C lehimleme sıcaklığında aktif hale gelen, ancak soğutmada etkisiz, aşındırıcı olmayan formuna geri dönen abietik asitten oluşur.

Bu nedenle, lehimlemeden sonra etkili temizliğin zor olduğu radyo ve elektronik işlerde geniş kullanım alanı bulur. Çeşitli organik bileşikler, örneğin, glutamik asit ve hidrazin hidrobromür hidroklorürü, reçine ile karıştırılarak kullanılır.

Bu akışlar, gerektiğinde kolayca suyla yıkanabilen sert, higroskopik olmayan, elektriksel olarak iletken olmayan ve aşındırıcı olmayan artıkların geride bıraktığı lehim sıcaklıklarında ayrışır. Elektrik endüstrisinde geniş kullanım alanı buluyorlar.

Daha fazla sıvı, 50/50 veya 60/40 kalay uçlu lehim normalde aşındırıcı olmayan reçine akısı ile birlikte kullanılır.

Hafifçe aktive olmuş rosin akıları askeri, telefon ve diğer yüksek güvenilirlikli elektronik ürünler için tercih edilirken, daha aktive olmuş rosin akıları, ticari elektroniklerde ve lehimlemeden sonra tam temizlik sağlanabildiği önemli uygulamalarda geniş kullanım alanı bulmaktadır.

4. Özel Akılar:

Alüminyumu lehimlemek için kullanılan reaksiyon akışları, çalışma yüzeyinde metalik bir filmin ayrışmalarıyla biriktirilmesiyle oksit filmi değiştirerek etki eder.

Bazı satıcılar, çekirdeğinde bulunan akı ile de temin edilebilir. Çekirdekteki akı miktarı% 0-5 ila% 3-0 arasında değişebilir, % 2-2 en yaygın olanıdır. Rosin-Cored ve Acid-Cored satıcıları da mevcuttur ve sırasıyla elektrik işleri ve metal levhalar için kullanılmaktadır.

Lehimleme için Ortak Tasarım:

Lehimler, birleştirilmeleri gereken metallere kıyasla nispeten düşük güce sahiptir. Bu nedenle, lehimli bağlantıların tasarlanması arzu edilir, öyle ki mekanik olarak kenetlenerek lehimin bir sızdırmazlık ve bağlama maddesi olarak işlev görmesini gerektirir.

İki temel lehimli bağlantı tipi, kucak eklemi ve alın eklemidir. Şekil 17.3B, kilitli dikiş, sarılı alın ve bir borudaki bir kucak eklemini içeren tipik lehimli bağlantı noktalarını göstermektedir. Lap tipi mafsal mümkün olduğunda maksimum tercih edilmesini sağladığından tercih edilmelidir.

Kompleks lehimli bağlantılar, manuel lehimleme ile yapılabilir, ancak otomatik akma, lehimleme ve temizleme sonrası işlemler için seçilen tasarımlar, derzeye erişilebilirlik sağlamak için nispeten basit olmalıdır.

Kılcal hareket lehimlemede önemli bir faktördür, lehimlenecek parçalar arasında optimal açıklığın sağlanması esastır, böylece akı kılcal hareket ile boşluklar arasına çekilebilir. Bu nedenle, 0 07 - 0-12 mm arasındaki derz boşluğu, maksimum mukavemet elde etmek için çoğu derz için tercih edilir, ancak önceden kaplanmış metallerin lehimlemesi gibi bazı özel durumlarda, 0 025 mm'ye kadar olan boşluk istenen mukavemeti sağlar. Aşırı temizleme, ekonomik olmayan lehimli bağlantılara neden olabilir.

Lehimleme Uygulamaları:

Daha önce tarif edilen farklı lehimleme yöntemlerinin özel uygulamalarının yanı sıra, örneğin, otomobil radyatör çekirdeklerinin, tesisatın, radyo, TV ve bilgisayarların dahil olduğu elektronik endüstrisinin birleştirilmesi, tellerin ve kabloların pabuçlara birleştirilmesi için elektrik endüstrisi ve daha fazlası.

Genel olarak, lehimlemenin, ek yerleri hafifçe kapatmak, sertlik eklemek ve elektrik iletkenliğini arttırmak için daha yaygın kullanıldığı söylenebilir. Gerilme mukavemetine bağlı olmak bazen gerekli olabilir, ancak satıcılar sünekliklerinden güçlülükten ziyade daha iyi bilinmektedir. Bununla birlikte, dikkatli bir dolum elde edilirse şaşırtıcı şekilde yüksek mukavemet değerleri elde edilebilir. Dahası, lehimleme, perçinler, spot kaynaklar veya başka mekanik vasıtalarla bir arada tutulan fabrikasyon derzlerin sızdırmaz hale getirilmesinde de kullanılmasını sağlar.