LEMLJENJE

“Lemljenje je postupak spajanja metalnih materijala s pomoću rastaljenog dodatnog metala (lema), čija je temperatura taljenja ispod temperature taljenja osnovnog materijala. Osnovni metal je kvašen lemom bez da se sam tali.”

Prednosti lemljenja

• Lemljenje se može lako mehanizirati i automatizirati, te je zbog toga pogodno za serijsku i masovnu proizvodnju

• Ne tali se osnovni materijal, pa ne dolazi do većih strukturnih promjena

• Vrlo lako se spajaju raznorodni materijali • Postupak je dosta brz• Deformacije radnog komada su minimalne • Nije potrebna naknadna mehanička obrada

zalemljenog spoja

Shematski prikaz tvrdo zalemljenog četverotaktnog, četverocilindričnog motora

Tvrdo zalemljeni automobilski motor

Procesi pri lemljenju

- Kvašenje površine radnog komada

- Adhezione pojave

- Difuzione pojave na graničnim površinama

- Kapilarno djelovanje lema

- Razlijevanje lema

- Otapanje lako taljivih faza pojedinog metala i sličnih metalurških reakcija

a) Nema kvašenja – rastaljeni lem se formira u obliku kuglice

b) Dobro kvašenje – lem se širi po površini osnovnog materijala

Pri dolasku rastaljene kapljice lema na radnupovršinu radnog komada, koja je dovoljnozagrijana ali ne i rastaljena, mogu se dogoditisljedeći slučajevi:

a) Lem se širi kao tekućina, koja se “upija” u osnovni metal s vrlo malim kutom kvašenja (potpuno kvašenje)

b) Lem ostaje u obliku spljoštene kapljice na radnoj površini (nepotpuno kvašenje)

c) Lem pri većem pregrijavanju se razlijeva, ali pri hlađenju se skuplja opet u kapljicu s kutom kvašenja oko 90° ili više. Kvašenje osnovnog metala rastaljenim lemom je proces koji se događa samo na površini radnog komada.

• γ1,2 - sila površinske napetosti između lema i osnovnog materijala

• γ 1,3 – sila površinske napetosti između atmosfere i osnovnog metala

• γ 2,3 – sila površinske napetosti između atmosfere i lema

cos

cos

3,22,13,1

3,22,13,1

3,22,13,1

H

pk – kapilarni tlak punjenjaγH – prionjivost lemab – širina zazora

bp Hk

2

hgpH

pH – hidrostatski tlakg – gravitacijaρ – gustoća tekućine

hgb

bhg

hgb

H

H

H

22

2

Kapilarno djelovanje u širokom i uskom zazoru

a) Preširoki zazorb) Pravilni zazor, na gornjoj slici početak, a na donjoj kraj kvašenja; 1 – radni komad 2 – lem

• Difuziona zona na osnovnom metalu Do.m. i lemu Dl

a) Bezdifuzni spoj

b) Rastvorno – difuzni spoj

c) Kontaktno – reakcioni spoj

d) Dispergirani spoj

TL – temperatura lemljenja

TK – temperatura kvašenja

τL – vrijeme lemljenja

τR – vrijeme od početka difuzionog procesa

OM – osnovni materijal

Bezdifuzioni spoj RL

KL TT

Rastvorno – difuzioni spoj

Kontaktno – reakcioni spoj

Dispergirani spoj

Podjela postupaka lemljenja

• Radna temperatura (meko i tvrdo lemljenje)• Oblik spoja (lemljenje u zazoru, lemljenje u

žlijebu, lemljenje nanošenjem)• Način zagrijavanja (plinski, indukcijom, peć, itd.)• Vrsta zaštitne atmosfere (zrak, zaštitni plin,

vakuum)• Način uklanjanja oksida za vrijeme lemljenja

(talilo, reducirajući plin, vakuum itd.)

PLINSKIM PLAMENOM

LEMLJENJE

U PEĆIMA INDUKCIJSKO ELEKTROOTPORNO URANJANJEM EGZOTERMNO ZRAČENJEM ELEKTROLUČNO LEMILIMA TRENJEM ELEKTRONSKIM MLAZOM

LASEROM Z Z P V Z P V Z P Z Z P V Z P V Z Z Z V Z JEDAN - PEĆI - U KUPKU - SVJETLOSNOPLAMENIK NA PLIN LEMA - INFRACRVENO

NIZ - PEĆI - U KUPKU PLAMENIKA NA TEK. TALILA

GORIVA

- ELEKTROOTP.PEĆI OZNAKE:

Z – LEMLJENJE NA ZRAKU UZ TALILOP – LEMLJENJE POD ZAŠTITOM INERTNOG ILI REDUCIRAJUĆEG PLINA

V – LEMLJENJE U VAKUUMU

Uređaj i pribor za izvođenje

-Plamenik-Plamenik za gradski

plin-Plamenik za propan

Dodatni metal

-Kositreni lemovi-Mesingani lemovi-Fosforni lemovi +

odgovarajuće talilo-Srebrni lemovi

Tehnika rada

-Meki plamen s pretičkom gorivog plina, osim kod mesinganih lemova, gdje treba malo oksidirajući plamen-Nanijeti talilo i eventualno dodati za vrijeme lemljenja-Jednako zagrijati spojne dijelove-Lemljenje izvršiti unutar 3 minute

Područje primjene

-Standardni postupak lemljenja naročito za reparaturne radove (debljina stjenke s = 1 do 10mm)-Za male serije-Instalacije i cjevovodi-U limarstvu

Materijali: niskougljični čelici , ugljični čelici, sivi lijev, Cu, Ms, Ni i Ni legure

Karakteristike postupka

-Mala mogućnost mehanizacije-Temperatura plamena, °C sa zrakom s kisikom

Propan 1925 2850

Acetilen 2325 3100

Gradski plin 1918 2730

-Tlak plina: propan 1,5 – 4 bar

acetilen 0,5 – 0,8 bar

gradski plin 0,3 bar

-Vrijeme lemljenja 0,5 – 3 minute-Lemljenje u žlijebu i zazoru-Dozvoljena veličina zazora 0,2 – 0,5 mm

Uređaj i pribor za izvođenje

-Sustav plamenika-Transportni uređaj-Plinska stanica ili baterije plinskih boca

Dodatni materijal

-Lemovi s uskim intervalom taljenja, odnosno radnom temperaturom ispod 850°C: - Fosforni lemovi- Srebrni lemovi

Tehnika rada

-Sastaviti dijelove radnog komada, nanijeti talilo, postaviti lem-Sastavljeni dio postaviti na transportnu traku-Brzinu trake podesiti ovisno o veličini radnog komada i primjenjenom lemu

Područje primjene

Male serije do masovne proizvodnje-Radni komadi manjih dimenzija (s = 1 do 5 mm)-Armature, dijelovi za vozila, cijevne konstrukcije itd.

Materijali: nelegirani i niskolegirani čelici Cu, Ms, Al

Karakteristike postupka

-Srednji do visoki stupanj mehanizacije-Parametri kao kod plinskog ručnog lemljenja-Vrijeme lemljenja od 20 s do 3 min-Lemljenje u zazoru-Dozvoljena veličina zazora b ≤ 0,2 mm

Uređaj i pribor za izvođenje

Peć s odgovarajućim načinom zagrijavanja-Uređaj za proizvodnju zaštitnog plina-Uređaj za transport radnih komada

Dodatni materijal

-Bakreni lemovi-Srebrni lemovi

(lemovi ne smiju sadržavati Zn i Cd)

Tehnika rada

-Potrebno je bolje čišćenje radnih komada radi ograničenog djelovanja zaštitnog plina-U peć se stavljaju sastavljeni dijelovi s umetnutim lemom-Ovisno o primjenjenom lemu i dimenzijama radnog komada odrediti brzinu trake

Područje primjene

-Za masovnu proizvodnju-Za dijelove s istovremenim lemljenjem više spojeva (potpuno progrijavanje)-Dijelovi za vozila, kućanski aparati itd.

(debljina stijenki

s=1-10mm, težina do 3kg)

Materijali: nelegirani i niskolegirani čelici, visokolegirani čelici, Cu, tvrdi metali

Karakteristike postupka

-Visoki stupanj mehanizacije-Učinak peći 10 – 500 kW-Temperatura peći 1150°C (za bakrene lemove) odnosno 50°C iznad radne temperature za ostale lemove-Izlazna temperatura radnih komada 100 do 200°C -Vrijeme lemljenja 5 – 30min-Lemljenje u zazoru-Širina zazora 0,01 do 0,2 mm

Indukcijski postupak lemljenja

Uređaj i pribor za izvođenje

-Uređaj za srednju ili visoku frekvenciju

-Trafo

-Induktor

-Sistem za hlađenje induktora i uređaja

-Radni stol ili posebno postrojenje za mehanizirano lemljenje

Dodatni metal-Srebrni lemovi

- Fosforni lemovi + talilo ili

- Mesingani lemovi zaštitni plin

- Aluminijski lemovi

- Bakreni lemovi

Tehnika rada

Podešavanje snage stroja-Oko sastavljenog dijela s umetnutim lemom i talilom postaviti induktor-Podešavanje vremena zagrijavanja

Područje primjene

-Srednje do visoke serije-Jednostavni oblici, naročito rotacioni (debljina stjenke za srednju frekvenciju 4 do 12 mm, a za visoku 0,1 – 3 mm)-Šivaći strojevi, alati s pločicama od tvrdog metala, elektroindustrija, dijelovi za vozila, itd.

Materijali: svi metalni materijali, posebno nelegirani čelici, Cu, Ms, Al

Karakteristike postupka

-Visoki stupanj mehanizacije

-Učinak: Srednja frekvencija(1- 10 kHz):

20 – 300 kW

Visoka frekvencija (0,1 – 5MHz)

2 – 30 kW

-Vrijeme lemljenja: Srednja frekvencija 0,5 – 4 min

Visoka frekvencija 5 – 60 s

-Lemljenje u zazoru-Širina zazora

b ≤ 0,2 mm

Uređaj i pribor za izvođenje

-Uređaj za EO zavarivanje

-Kliješta za EO zavarivanje ili posebna kliješta za lemljenje

Dodatni materijal

- Mesingani lemovi + talilo

Tehnika rada

-Podešavanje snage uređaja

-Između kliješta postavlja se radni komad s umetnutim lemom i talilom

-Podešavanje vremena zagrijavanja

Područje primjene

-Za male do srednje serije

-Za preklopne spojeve (debljine stjenke ispod 2 mm)

-Alati s pločicama od tvrdog metala, tračne pile

Materijali: nelegirani

čelici,

bronca

Karakteristike postupka

-Mali do srednji stupanj mehanizacije

-Gustoća struje 1,5–7,5A/mm2

-Jakost struje 500–10 000A

-Sekundarni napon 4V

-Vrijeme lemljenja 5 – 20 s

-Lemljenje u zazoru-Širina zazora b = 0,1–0,3mm

VRSTE LEMOVA

MEKI TVRDI

TEMPERA- TURA

SOLIDUSA 183 °C

TEMP.SOLIDUSA

<183°C

TEMP.SOLIDUSA

>183°C

MEKI LEMOVI

ZAALUMINIJ

LEMOVIZA

OPĆUUPORABU

VISOKO-TEMP.

LEMOVI

LEMOVIZA LEMLJ.

U VAKUUMU

LEMOVIZA

POSEBNUNAMJENU

TVRDILEMOVI

ZA ALUMINIJ

Sn-Pb Sn-Pb-Cd Sn-Ag Sn-Zn-Cd Cu Ni-Cr-Si-Fe Ag-Cu-Sn Ag-Cu-Cd-Zn Al-Si Ag-Cu-In Ag-Cu

Sn-Pb-Sb Sn-In Sn-Sb Sn-Zn Cu-Sn Ni-Cr-Si Ag-In Ag-Cu-Mn-Ni-Zn Au-In Ag-Cu-Sn Al-Si-Cu

Sn-Pb-Cu In Cd-Zn Zn-Cd Cu-Zn Ni-Cr-Si-B-Fe Ag-Cu Ag-Cu-Zn-Sn Ag-Cu-Pd Ag-Zn-Cd

Sn-Pb-Ag Bi-Sn-Cd Pb-Ag Cd-Zn Cu-Ni-Zn Ni-Cr-Si-B Ag-Cu-Pd Ag-Cu-Cd-Zn-Ni Al-Si-Sn Au-Ag-Pd Cu-Ni-Mn

Sn-In-Cd Zn-Sn Pb-Sn-Zn Cu-P Mn-Ni-Co Au-Cu Cu-Ni-Si Mn-Ni Au-Ni Cu-Mn-Co-Ni AL-Si-Cu

Bi-In-Pb-Sn Cd-Zn-Ag Zn-Al Ag-Cu-P Mn-Ni-Cr Ag-Pd-Cu Cu-Mn Ag Cu-Mn-Co

Bi-Pb-In-Sn-Cd Zn Zn Ag-Cu-Zn Ag-Mn Pd-Au Cu-Sn-Ag Ag Cu Cu-Au Pd-Ni-Cr

Sn-Cd-Zn-Al Ag-Cd-Cu-Zn Pd-Ni Ag-Pd Cu-Ti-Be Au Ti-Zn-Be

Sn-Pb-Zn Pd-Ag-Mn Cu Ni-Au-Mo Pd-Cu-Ag Ni-Cr-Si

Pd-Ni Ni-Mo Au-P Cr-V Au-Pt-Pd Pd

Pt-Pd-Au

Pt

TALILA

ZA MEKO LEMLJENJE ZA TVRDO LEMLJENJE

ANORGANSKA TALILA

ORGANSKATALILA

TALILA ZA MEKO

LEMLJENJEALUMINIJA

TALILA S RADNOM

TEMPERATUROM550°-800°C

TALILA S RADNOM

TEMPERATUROM

750°-1100°C

TALILA SRADNOM

TEMPERATUROMPREKO1000°C

TALILA SRADNOM

TEMP.600°-1000°C(BEZ BORA)

TALILA ZA TVRDO

LEMLJENJEALUMINIJA

-KLORIDI - HALOGENI - NA BAZI - SPOJEVI - SPOJEVI - SPOJEVI - SPOJEVI - KLORIDI - HIGROSK.(NAJČEŠĆE SPOJEVI ORGANSKIH BORA BORA BORA KLORIDICINKOVI) (S KLOROM SPOJEVA I FLUORIDI

I BROMOM) (AMINO - FLUORIDI -FOSFATI - FLUORIDI (LITIJEVI SPOJEVI) SPOJEVI) S DODATKOM - SILIKATI FLORIDA I

KLORIDA - NEHIGRO-SKOPI

SPOJEVI - NA BAZI ORGANSKIH HALOGENIH SPOJEVA

Oblikovanje spoja

- Spoj treba oblikovati tako da zazor bude po cijeloj spojnoj površini ravnomjeran i neprekinut

- Treba predvidjeti da dolazi do povećanja zazora pri zagrijavanju

- Po mogućnosti izbjegavati velike spojne površine- Pri mogućnosti nastajanja velikih naprezanja primijeniti

preklopni spoj- Omogućiti slobodno otjecanje talila sa spojnog mjesta pri

nailasku lema- Pri lemljenju metala s različitim koeficijentima istezanja

treba predvidjeti odgovarajuću veličinu zazora- Oblikovati spojeve po mogućnosti tako da se sami centriraju - Zagrijavanje lema treba biti indirektno, tj. preko radnog

komada

Zahtjevi na talilo

- Niže talište od tališta lema- Dosta velika brzina otapanja oksida- Dobra zaštita radnog komada u vremenu

zagrijavanja- Lako istjecanje talila u trenu nailaska lema- Lako odstranjivanje ostataka talila nakon

lemljenja radi sprječavanja korozije, pošto tvari od kojih je sačinjeno talilo imaju u principu dosta agresivno djelovanje

VRSTE SPOJEVA KOD LEMLJENJA

a) Sučeljeni spoj

b) “T” spoj

c) Kosi rubovi

d) Preklopni spoj

e) Postupni spoj

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno Nepravilno

Pravilno NepravilnoSPOJ LIM – LIM

Pravilno NepravilnoSPOJ LIM – LIM

Pravilno NepravilnoSPOJ CIJEV – LIM

Pravilno NepravilnoSPOJ CIJEV – CIJEV

Pravilno NepravilnoSPOJ CIJEV - PRIRUBNICA

Pravilno NepravilnoSPOJ SVORNJAK - PRSTEN

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

PREKLOPNI

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

Vrsta spoja Skica spoja Primjedba

Greške pri lemljenju

- Greške u osnovnom materijalu

- Greške u lemu

- Greške zalemljenog spoja kao cjeline

- Vezivanje- Popunjavanje žlijeba ili zazora- Uključine- Porozitet i šupljine- Korozija- Pukotine u lemu- Pukotine u osnovnom materijalu- Zaostale deformacije

Vrste grešaka koje mogu nastupiti pri lemljenju:

Vrsta greške Uzrok greške

Lem ne kvasi površine radnog komada

1. Nedovoljno zagrijavanje radnog komada

2. Nedovoljno ulaženje talila u zazor te nema uklanjanja oksida

3. Nedovoljno čiste ili loše obrađene površine radnog komada

4. Nepravilan oblik spoja

a) preveliki zazor

b) premali zazor

Vrsta greške Uzrok greške

Iscurenje lema (kapljice ispod radnog komada)

1. Loše očišćene ili obrađene površine

2. Premalo talila

3. Pregrijavanje radnog komada

4. Pregrijavanja lema, a radni komad je još hladan

Vrsta greške Uzrok greške

Porozitet

1. Isparavanje lako taljivih faza lema ili talila

2. Pri plinskom lemljenju uslijed nedovoljnog i neravnomjernog zagrijavanja

3. Prekratko grijanje nakon rastaljivanja lema

Vrsta greške Uzrok greške

Šupljine • Puno vlage u talilu• Adsorbirana vlaga na

površini lema

Vrsta greške Uzrok greške

Uključci troske

1. Nedovoljno čišćenje površine

2. Neodgovarajuće talilo – stvara spojeve s osnovnim metalom

3. Pri plinskom lemljenju u slučaju viška kisika

4. Neodgovarajuća temperatura taljenja u odnosu na temperaturu taljenja lema

Vrsta greške Uzrok greške

Pukotine u lemu (tople i hladne nastaju rijetko)

1. Slaba istezljivost lema

2. Lemljenje materijala s jako različitim fizičko-kemijskim svojstvima

3. Zaostale napetosti u osnovnom materijalu

4. Ako lem ima široki interval kristalizacije

Vrsta greške Uzrok greške

Pukotine u zoni spoja i osnovnom materijalu (nastaju rijetko)

1. Zaostale vlastite napetosti

2. Uslijed djelovanja lema i talila

3. Uslijed zagrijavanja na temperaturu lemljenja

4. Stvaranje intermetalnih spojeva

Vrsta greške Uzrok greške

Deformacija radnog komada

Loše oblikovan spoj• Neravnomjerno

zagrijavanje i hlađenje

• Nedovoljno učvršćivanje radnih komada tijekom lemljenja

Ispitivanje čvrstoće zalemljenih spojeva

• Klasifikacija lemova

• Čvrstoća zalemljenog spoja kao cjeline

• Podloga za proračun i dimenzioniranje spojeva

Shematski prikaz zalemljenog spoja

a) nepromijenjeni osnovni materijal

b) difuziona zona u čvrstom osnovnom materijalu

c) difuziona zona u prije rastaljenom lemu

d) skrutnuti lem

Utjecajni čimbenici na čvrstoću i kvalitetu zalemljenih spojeva- Čvrstoća osnovnog materijala- Veličina i kvaliteta pripremljene površine za

lemljenje- Veličina zazora- Oblik spoja- Kemijski sastav osnovnog metala, lema i talila- Vrijeme zagrijavanja do rastaljenja lema- Vrijeme grijanja nakon rastaljenja lema- Čvrstoća zalemljenog spoja ovisi i o kasnijim

ekspoloatacijskim uvjetima

• σm ≈ 1,5 σ R

• σR ≥ 400 N/mm2 (MPa)• σm ≈ 1,35 σ R

• σR ≤ 400 N/mm2 (MPa)

• Vlačna σm i smična τm čvrstoća zalemljenog spoja u ovisnosti o vlačnoj čvrstoći osnovnog materijala σOM.

Utjecaj veličine lemljene površine na vlačnu čvrstoću zalemljenog spoja

Utjecaj hrapavosti na vlačnu čvrstoću zalemljenog spoja

br.100

br.5/0 418

343

364

336

Utjecaj veličine zazora na čvrstoću zalemljenog spoja

Utjecaj oblika spoja na čvrstoću zalemljenog spoja

Oblik probe Izvedba Čvrstoća σm,N/mm2

390

393

425

488

402

352

343

395

465

Statička karakteristika lema LAg40Cd20 u ovisnosti o temperaturi

Dimenzije epruvete za ispitivanje vlačne čvrstoće prema IIW-metodi

POGLED”A”

ZAZOR

Naprava za plinsko lemljenje

Izgled epruvete za ispitivanje vlačne čvrstoće prema DIN 8525

Izvještaj o ispitivanju mora sadržati sljedeće podatke:- Broj epruveta- Osnovni metal, s podacima o vlačnoj čvrstoći i granici

tečenja- Materijal lema- Primjenjeno talilo- Vrijeme čekanja od početka do završetka grijanja- Promjer probe poslije kidanja- Vlačnu čvrstoću spoja N/mm2, pojedinačne vrijednosti i

srednju vrijednost- Mjesto prijeloma (lem ili osnovni metal)- Pri lomu u lemnom mjestu, vrstu i veličinu vidljivih

grešaka

Epruveta za ispitivanje smične čvrstoće tvrdo zalemljenih spojeva, tip I

Epruveta za ispitivanje smične čvrstoće meko ili tvrdo zalemljenih spojeva, tip II

Ispitivanje smične čvrstoće za epruvetu, tip I

Ispitivanje smične čvrstoće za epruvetu, tip II

Greške zalemljenog spoja uslijed zaostalog talila nastaju uglavnom u sredini spoja

Način pridržavanja epruveta pri indukcijskom lemljenju

rf

503 , mm

ρ – električni otpor grijanog materijala, Ωmm2/m

f – frekvencija, s-1

μr – relativni permabilitet (magnetska vodljivost)

Raspodjela gustoće struje u ovisnosti o udaljenosti od površine radnog komada

Mikro snimak zalemljenog spoja St 38b-2, LCu60Zn40, okolica distantne CrNi žice, povećanje 200x