Łączenie metali za pomocą lutowania twardego i spawania
Istnieje kilka metod łączenia metali, w tym spawanie, lutowanie twarde i lutowanie miękkie. Jaka jest różnica między spawaniem a lutowaniem? Jaka jest różnica między lutowaniem twardym a miękkim? Przyjrzyjmy się tym różnicom oraz ich zaletom i typowym zastosowaniom. Ta dyskusja pogłębi zrozumienie łączenia metali i pomoże określić optymalne podejście do danego zastosowania.
JAK DZIAŁA LUTOWANIE
A złącze lutowane jest wykonywane w zupełnie inny sposób niż połączenie spawane. Pierwszą dużą różnicą jest temperatura - lutowanie nie topi metali nieszlachetnych. Oznacza to, że temperatury lutowania są niezmiennie niższe niż temperatury topnienia metali nieszlachetnych. Temperatury lutowania są również znacznie niższe niż temperatury spawania dla tych samych metali nieszlachetnych, dzięki czemu zużywa się mniej energii.
Skoro lutowanie twarde nie stapia metali nieszlachetnych, to w jaki sposób je łączy? Działa poprzez tworzenie metalurgicznego wiązania między metalem wypełniającym a powierzchniami dwóch łączonych metali. Zasadą, dzięki której metal wypełniający jest przeciągany przez złącze w celu utworzenia tego wiązania, jest działanie kapilarne. W przypadku lutowania twardego, do metali nieszlachetnych przykładane jest ciepło. Następnie metal wypełniający wchodzi w kontakt z rozgrzanymi częściami. Jest on natychmiast topiony przez ciepło w metalach nieszlachetnych i wciągany przez kapilary całkowicie przez złącze. W ten sposób powstaje połączenie lutowane.
Zastosowania lutowania obejmują elektronikę/elektrykę, lotnictwo, motoryzację, HVAC/R, budownictwo i wiele innych. Przykłady obejmują systemy klimatyzacji w samochodach, bardzo wrażliwe łopatki turbin odrzutowych, komponenty satelitarne i biżuterię. Lutowanie twarde oferuje znaczną przewagę w zastosowaniach wymagających łączenia różnych metali nieszlachetnych, w tym miedzi i stali, a także niemetali, takich jak węglik wolframu, tlenek glinu, grafit i diament.
Zalety porównawcze. Po pierwsze, połączenie lutowane jest mocne. Prawidłowo wykonane połączenie lutowane (podobnie jak połączenie spawane) w wielu przypadkach będzie tak samo mocne lub mocniejsze niż łączone metale. Po drugie, połączenie jest wykonywane w stosunkowo niskich temperaturach, w zakresie od około 1150 ° F do 1600 ° F (620 ° C do 870 ° C). 
Co najważniejsze, metale nieszlachetne nigdy nie są topione. Ponieważ metale nieszlachetne nie są topione, zazwyczaj zachowują większość swoich właściwości fizycznych. Ta integralność metalu nieszlachetnego jest charakterystyczna dla wszystkich połączeń lutowanych, w tym zarówno cienkich, jak i grubych. Ponadto niższa temperatura minimalizuje ryzyko odkształcenia lub wypaczenia metalu. Należy również wziąć pod uwagę, że niższe temperatury wymagają mniejszej ilości ciepła, co stanowi istotny czynnik oszczędności kosztów.
Kolejną ważną zaletą lutowania twardego jest łatwość łączenia różnych metali za pomocą topnika lub stopów powlekanych topnikiem. Jeśli nie trzeba topić metali bazowych, aby je połączyć, nie ma znaczenia, że mają one bardzo różne temperatury topnienia. Można lutować stal z miedzią równie łatwo, jak stal ze stalą. Spawanie to zupełnie inna historia, ponieważ do ich połączenia konieczne jest stopienie metali nieszlachetnych. Oznacza to, że jeśli próbujesz spawać miedź (temperatura topnienia 1981°F/1083°C) ze stalą (temperatura topnienia 2500°F/1370°C), musisz zastosować dość wyrafinowane i kosztowne techniki spawania. Całkowita łatwość łączenia różnych metali za pomocą konwencjonalnych procedur lutowania twardego oznacza, że można wybrać dowolne metale, które najlepiej pasują do funkcji zespołu, wiedząc, że nie będzie problemu z ich połączeniem bez względu na to, jak bardzo różnią się temperaturą topnienia.
Ponadto złącze lutowane ma gładki, korzystny wygląd. Porównanie między drobnym, schludnym zaokrągleniem lutowanego złącza a grubym, nieregularnym ściegiem złącza spawanego jest oczywiste. Ta cecha jest szczególnie ważna w przypadku połączeń produktów konsumenckich, gdzie wygląd ma kluczowe znaczenie. Złącze lutowane może być prawie zawsze używane "tak jak jest", bez konieczności wykonywania jakichkolwiek operacji wykończeniowych - kolejna oszczędność kosztów.
Lutowanie twarde oferuje kolejną istotną przewagę nad spawaniem, ponieważ operatorzy mogą zazwyczaj szybciej nabyć umiejętności lutowania niż spawania. Powodem jest nieodłączna różnica między tymi dwoma procesami. Liniowe połączenie spawane musi być śledzone z precyzyjną synchronizacją nakładania ciepła i osadzania metalu wypełniającego. Z drugiej strony, połączenie lutowane ma tendencję do "tworzenia się" poprzez działanie kapilarne. W rzeczywistości znaczna część umiejętności związanych z lutowaniem jest zakorzeniona w projekcie i inżynierii połączenia. Porównywalna szybkość szkolenia wysoko wykwalifikowanych operatorów jest ważnym czynnikiem kosztowym.
Wreszcie, lutowanie metali jest stosunkowo łatwy do zautomatyzowania. Charakterystyka procesu lutowania - szerokie zastosowanie ciepła i łatwość pozycjonowania spoiwa - pomaga wyeliminować potencjalne problemy. Istnieje wiele sposobów automatycznego podgrzewania złącza, wiele form spoiwa lutowniczego i wiele sposobów jego osadzania, dzięki czemu operację lutowania można łatwo zautomatyzować dla niemal każdego poziomu produkcji.
JAK DZIAŁA SPAWANIE
Spawanie polega na łączeniu metali poprzez ich stopienie i zespolenie, zazwyczaj z dodatkiem spoiwa spawalniczego. Powstałe w ten sposób połączenia są mocne - zazwyczaj tak mocne, jak łączone metale lub nawet mocniejsze. Aby stopić metale, stosuje się skoncentrowane ciepło bezpośrednio do obszaru połączenia. Ciepło to musi mieć wysoką temperaturę, aby stopić metale podstawowe (łączone metale) i metale wypełniające. Dlatego temperatury spawania zaczynają się od temperatury topnienia metali nieszlachetnych. 
Spawanie jest ogólnie odpowiednie do łączenia dużych zespołów, w których obie sekcje metalowe są stosunkowo grube (0,5"/12,7 mm) i połączone w jednym punkcie. Ponieważ ścieg złącza spawanego jest nieregularny, nie jest ono zwykle stosowane w produktach wymagających połączeń kosmetycznych. Zastosowania obejmują transport, budownictwo, produkcję i warsztaty naprawcze. Przykładami są zespoły robotów oraz produkcja zbiorników ciśnieniowych, mostów, konstrukcji budowlanych, samolotów, wagonów kolejowych i torów, rurociągów i innych.
Zalety porównawcze. Ponieważ ciepło spawania jest intensywne, jest ono zazwyczaj zlokalizowane i punktowe; nie jest praktyczne stosowanie go równomiernie na dużym obszarze. Ten precyzyjny aspekt ma swoje zalety. Na przykład, jeśli chcesz połączyć dwa małe paski metalu w jednym punkcie, praktyczne jest zastosowanie zgrzewania oporowego. Jest to szybki i ekonomiczny sposób na wykonanie mocnych, trwałych połączeń w setkach i tysiącach sztuk.
Jeśli jednak spoina jest liniowa, a nie punktowa, pojawiają się problemy. Zlokalizowane ciepło spawania może stać się wadą. Na przykład, jeśli chcesz spawać doczołowo dwa kawałki metalu, zaczynasz od ukosowania krawędzi kawałków metalu, aby zapewnić miejsce na spoiwo spawalnicze. Następnie spawa się, najpierw podgrzewając jeden koniec obszaru złącza do temperatury topnienia, a następnie powoli przesuwając ciepło wzdłuż linii złącza, osadzając spoiwo w synchronizacji z ciepłem. Jest to typowa, konwencjonalna operacja spawania. Prawidłowo wykonane połączenie spawane jest co najmniej tak wytrzymałe, jak łączone metale.
Takie podejście do spawania liniowego ma jednak swoje wady. Połączenia są wykonywane w wysokich temperaturach - wystarczająco wysokich, aby stopić zarówno metale nieszlachetne, jak i spoiwo. Te wysokie temperatury mogą powodować problemy, w tym możliwe odkształcenia i wypaczenia metali nieszlachetnych lub naprężenia wokół obszaru spoiny. Zagrożenia te są minimalne, gdy łączone metale są grube, ale mogą stać się problemem, gdy metale podstawowe są cienkie. Wysokie temperatury są również kosztowne, ponieważ ciepło to energia, a energia kosztuje. Im więcej ciepła potrzeba do wykonania spoiny, tym więcej będzie ona kosztować. 
Rozważmy teraz zautomatyzowany proces spawania. Co się dzieje, gdy łączymy nie jeden zespół, ale setki lub tysiące zespołów? Spawanie, ze względu na swój charakter, stwarza problemy w automatyzacji. Spawanie oporowe wykonane w jednym punkcie jest stosunkowo łatwe do zautomatyzowania. Jednakże, gdy punkt staje się linią - połączeniem liniowym - po raz kolejny linia musi zostać prześledzona. Możliwe jest zautomatyzowanie tej operacji śledzenia, przesuwając linię złącza, na przykład obok stacji grzewczej i automatycznie podając drut wypełniający z dużych szpul. Jest to jednak złożona i wymagająca konfiguracja, gwarantowana tylko w przypadku dużych serii produkcyjnych identycznych części.
Należy pamiętać, że techniki spawania są stale udoskonalane. Można spawać produkcyjnie za pomocą wiązki elektronów, wyładowań kondensatorowych, tarcia i innych metod. Te zaawansowane procesy zwykle wymagają specjalistycznego i drogiego sprzętu oraz złożonych i czasochłonnych konfiguracji. Zastanów się, czy są one praktyczne w przypadku krótszych serii produkcyjnych, zmian w konfiguracji montażu lub typowych codziennych wymagań dotyczących łączenia metali.
Wybór odpowiedniego procesu łączenia metali
Jeśli potrzebujesz połączeń, które są zarówno trwałe, jak i wytrzymałe, prawdopodobnie zawęzisz swoje rozważania dotyczące łączenia metali do spawania. lutowanie. Zarówno spawanie, jak i lutowanie wykorzystują ciepło i metale wypełniające. 
Oba mogą być wykonywane na zasadzie produkcji. Na tym jednak podobieństwa się kończą. Działają inaczej, więc należy pamiętać o tych kwestiach związanych z lutowaniem i spawaniem:
Rozmiar zespołu
Grubość sekcji z metalu nieszlachetnego
Wymagania dotyczące połączeń punktowych lub liniowych
Łączone metale
Wymagana ilość do montażu końcowego
Inne opcje? Połączenia mocowane mechanicznie (gwintowane, kołkowane lub nitowane) generalnie nie dorównują połączeniom lutowanym pod względem wytrzymałości, odporności na wstrząsy i wibracje czy szczelności. Klejenie i lutowanie zapewniają trwałe połączenia, ale generalnie żadne z nich nie może zaoferować wytrzymałości połączenia lutowanego - równej lub większej niż wytrzymałość samych metali nieszlachetnych. Z reguły nie są też w stanie zapewnić połączeń odpornych na temperatury powyżej 93°C (200°F). Gdy potrzebne są trwałe, solidne połączenia metal-metal, lutowanie twarde jest silnym konkurentem.