LEMLJENI SPOJEVI Lemljenje je spajanje metalnih materijala (osnovnih materijala) pomou dodatnog rastaljenog materijala lema, ije je talite nie od talita osnovnog materijala.

Meko lemljenje (soldering, Weichlten, brasatura dolce) lem se tali pri < 450 C - najee u elektronici ili za slabije optereene spojeve (npr. konzerve).

Tvrdo lemljenje (brazing, Hartlten, brasatura forte lem se tali pri > 450 C - najee za jae optereene spojeve u strojarstvu.

Visokotemperaturno lemljenje lem se tali pri > 900 C za komponente za aeronautiku, nuklerne reaktore; cijeli element se zagrijava u pei u vakuumu ili u posebnim plinovitim atmosferama.

Podruje taljenja lema je podruje temperature od poetka taljenja do potpuno rastaljenog stanja. Radna temperatura je najnia temperatura povrine izratka na mjestu lemljenja, na kojoj se temperaturi lem moe vezati za osovni materijal. Radna temperatura mora biti via od temperature poetka taljenja, ali moe biti nia ili via od temperature pri kojoj se lem potpuno rastali.

Spoj izmeu lema i osnovnog materijala nastaje zbog veza na atomskoj razini nakon hlaenja lema u kruto stanje. Na radnoj temperaturi dolazi do ubrzane izmjene atoma, tj. do difuzije na graninim povrinama lema i osnovnog materijala. Povrine lemljenja moraju biti glatke i dobro oiene od oksida, prevlaka i neistoa. Lemljenje se poboljava posebnim pastama, pracima i tekuinama, a zatitnim plinovima se smanjuje oksidacija spajanih povrina.

Podruje difuzije lema

Podruje difuzije osnovnog materijala

Prednosti:

- mogu se spajati i razliiti metali - utjecaj temperature na osnovni materijal je manji nego kod

zavarivanja - spojeni dijelovi nisu oslabljeni rupama, kao npr. kod zakivanja - lemljeni spojevi dobro provode struju i toplinu - lemljeni spojevi dobro brtve - potrebno je manje energije nego kod zavarivanja - pogodno za spajanje dijelova razliite debljine i tankih dijelova

(nee doi do izgaranja, tj. stvaranja rupe) - postupak lemljenja se moe automatizirati (pogodno za serijsku

proizvodnju) - na jednom komadu se moe lemiti istodobno na vie mjesta.

Nedostaci:

- manja vrstoa nego kod zavarenih spojeva - mala otpornost na visoke temperature - lemovi djelomino sadre skupe metale (Sn, Ag) pa lemljenje nije

pogodno za velike lemljene spojeve - vrstoa spojeva dobivenih mekim lemljenjem je ograniena - postoji opasnost od pojave galvanske korozije uzrokovane razliitim

elektrinim potencijalom lema i osnovnog materijala - u odnosu na zavarivanje je priprema povrina spoja skuplja.

Postupci lemljenja (odreuju se u ovisnosti od optereenja, radne temperature, oblika mjesta spajanja):

- Plameno lemljenje: mjesto lemljenja se ugrije plamenikom; prije ili poslije zagrijavanja se lem prisloni na mjesto spoja ili uloi u spoj; postupak je prikladan za meko i tvrdo lemljenje.

- Lemljenje pomou lemila: vrue, rukom ili strojem voeno lemilo (grijano elektriki ili plinom) ugrije mjesto lemljenja; prisloni se lem koji se otapa i spaja dijelove; koristi se za meko lemljenje (elektronika).

- Lemljenje uronjavanjem: pastama ili rastopinama se obrade mjesta koja moraju ostati nezalemljena; dijelovi se u poloaju u kojemu moraju biti spojeni uranjaju u rastaljeni lem; lem prodire u mjesta spoja; postupak je prikladan i za meko i za tvrdo lemljenje.

- Lemljenje u pei: lem se dodaje mjestu spajanja; dijelovi se ugriju u

plinskoj ili elektrinoj pei; postupak je prikladan za meko i, ee, tvrdo i visokotemperaturno lemljenje.

- Otporno lemljenje: slino kao kod elektrootpornog zavarivanja;

mjesto spajanja s prethodno uloenim lemom se ugrije elektrinim otporom (Jouleov efekt) stiskanjem u klijetima ili na strojevima za elektrootporno lemljenje; postupak je prikladan za meko i tvrdo lemljenje.

- Indukcijsko lemljenje: zagrijavanje osnovnog materijala dobiva se induciranjem izmjenine struje visoke frekvencije (i do 5 MHz) u povrinskom sloju; prikladno za meko, tvrdo i visokotemperaturno lemljenje.

- Lemljenje pomou laserske zrake: toplina se generira

koncentriranom absorpcijom visokoenergetskog monokromatskog zraenja u vakuumu ili atmosferi s inertnim plinom; koristi se za tvrdo i visokotemperaturno lemljenje preciznih elemenata s lemom visoke temperature taljenja (npr. slitine temeljene na Ni),

Izvedba mjesta lemljenja:

- Lemljenje sa zranou (zazorom): povrine spajanja odvojene malom jednolikom zranou do h 0,25 mm; lem se kapilarnim djelovanjem usisava u tu zranost.

- Lemljenje sa avom: razmak povrina koje se spajaju je vei od

0,5 mm, ili se izvodi V- ili X-av (ponekad se zato govori o zavarivakom lemljenju); rijetko se izvodi jer je vrstoa manja i potrebna je velika koliina lema.

Lemovi:

Za meko lemljenje tekih kovina (Fe, Cu, Ni) koriste se lemovi koji su legure Sn-Pb i jo nekih elemenata, a za lake kovine (Al i Al-slitine) lemovi koji su legure Sn-Zn-Cd i jo nekih elemenata.

Za tvrdo lemljenje tekih kovina koriste se Cu-lemovi, Ag-lemovi, mjedeni lemovi i novosrebrni CuNi -lemovi, a za lake metale AlSi- i AlSiSn-lemovi.

Kod visokotemperaturnog lemljenja koriste se lemovi temeljeni na Ni, Au i drugim plemenitim metalima te na Cu. Za posebne izvedbe mogu se koristiti i lemovi temeljeni na Ti, Zr, Co ili Nb.

Oblikovanje spojeva:

- Proirenja zranosti smanjuju kapilarno djelovanje, a suenja tete protoku taline. Naroito su kritina suenja koja se nadovezuju na proirenja zranosti:

neispravno ispravno

- Brazde od obrade okomite na tok lemljenja sprijeavaju teenje ako su dublje od (0,050,1)h; brazde u smjeru teenja djeluju kao kanali i potpomau teenju pa se esto i posebno izrauju:

- Lemljenje limova: elni spojevi nisu prikladni zbog malene zalemljene povrine. Najbolji su preklopni spojevi i spojevi s vezicom (podmetaem). Zakoenjem preklopljenih sastavnih dijelova ili vezice blae se skree tok sila, smanjuje koncentracija naprezanja i poveava vrstoa.

a) Preklopni spoj, b) kosi preklopni spoj, c) zakoeni preklopni spoj, d) spoj s vezicom,

e) spoj sa zakoenom vezicom , f) spoj s dvije vezice

Svrsishodna duljina preklopa l = (3...4)s

- Cijevi: elne spojeve najbolje je tvrdo lemiti; stoasta izvedba poveava povrinu lemljenja.

Tanke cijevi (< 2 mm) i cijevi koje treba meko lemiti spajaju se s naglavkom ili se jedna cijev proiri da se dobije preklopni spoj:

a) Stoasti elni spoj, b) spoj s naglavkom, c) preklopni spoj

- Okrugle ipke: elno lemljenje se ne preporua jer naprezanje po mogunosti treba biti posmino. Bolje je krajeve ipke uloiti u provrt koji ostavlja zranost za ulaz lema. Oblik glavine moe blago skretati tok sila:

ipke lemljene s dijelovima od lima trebaju imati dva uporita:

NE

- Spremnici: vrijedi isto to i za limove.

Proraun vrstoe lemljenih spojeva: Lemljeni spojevi dobro prenose samo posmina optereenja pa se tako i oblikuju.

Proraun se u pravilu vri tako da nosivost lemljenog spoja mora imati jednaku nosivost kao i lemljenjem spojeni dijelovi. Sila pri kojoj dolazi do loma je S (mm2) = povrina poprenog presjeka vlano optereenog spojenog dijela Rm (N/mm2) = vlana vrstoa materijala spojenog dijela A (mm2) = povrine lemljenja izloena posminom optereenju mL (N/mm2) = posmina vrstoa zalemljenog spoja

mLmm == ARSF

Openito, posmino naprezanje mora biti manje od doputenog: U sluaju da je lemljeni spoj optereen vlano, naprezanje takoer mora biti manje od doputenog: Doputena naprezanja dana su u tablici:

LdopL = AF

LdopL = AF

vrstoe zalemljenih spojeva u N/mm2:

Materijal lema Posmina vrstoa

mL

Vlana vrstoa

mL

Doputeno posmino naprezanje Ldop

Optereenje

Statiko Ishodino dinamiko

Izmjenino dinamiko

Meki lemovi: L-Pb, L-Sn 15...20 20...30 2...3 - -

Tvrdi lemovi: Bakreni lemovi L-Cu Mjedeni lemovi L-CuZn Srebrni lemovi L-Ag Novosrebrni lemovi L-CuNi

150...220 250...300 150...280 250...320

200...300 250...300 300...400 340...380

50...70 80...90 50...70 80...90

30...40 55...65 30...40 55...65

15...25

Lemovi za aluminij L-AlSi Niklovi lemovi L-Ni (0,6...0,8)Rm 0,35 mL 0,18 mL 0,1 mL

Rm = vlana vrstoa spojenih dijelova Doputena naprezanja lema pri vlaku Ldop = (1,5...2) Ldop Manje vrijednosti vrijede za debljinu lema h 0,1 mm, vee za h 0,25 mm.

LIJEPLJENI SPOJEVI

Lijepljenje je spajanje dijelova iz istih ili razliitih materijala (metali, keramike, sintetiki materijali, drvo, papir, plastika, cement, koa, ...) prianjanjem pomou ljepila.

Fizikalni princip spajanja temelji se: - na adheziji = silama privlaenja na suelju dva razliita materijala (tj. izmeu osnovnog materijala i ljepila) i - na koheziji = meumolekularnim silama u samom ljepilu.

Kohezija Adhezija

Kapljica Materijal 1

Materijal 2

Neistoa

Materijal 1

Materijal 2

Lijepe se npr. ojaanja na limenim stijenkama, spone krila zrakoplova i krila ventilatora, okviri mopeda, limene posude, koriste se kod vijanih spojeva, ...

a), b), c) Cijevni spojevi d) Drvo obloeno aluminijskim limom e) Ploa lake konstrukcije f) Predklrilo sportskog aviona g) Poklopac spremnika h) Koiona papua s nalijepljenom koionom oblogom

Razvoj: - 4000 god. p.n.e.: upotreba asfalta u Mezopotamiji; - 3000 god. p.n.e.: Sumeri koriste ljepilo dobiveno iz ivotinjske koe, slino (i smole) i kod Egipana (cca. 1500 p.n.e.) ili, u obliku voska, kod Ikara; - 17. i 18. stoljee: industrijska proizvodnja - polovina 19. stoljea: flasteri (lijepljenje temeljeno na prirodnom kauuku) i ljepljive mase za upotrebu u medicini; - 1909.: prva sintetika polimerna ljepila (D); - 1920. Richard G. Drew (Minnesota Mining and Manufacturig Company 3M; USA): prva ljepljiva traka za automobilsku industriju; - 1940-e: prva ljepila za metale (zrakoplovna industrija).

Prednosti:

- mogu se lijepiti jednaki i razliiti materijali - za spoj je potrebno malo prostora - nisu potrebne rupe kao kod vijaka i zakovica pa nema

koncentracije naprezanja - nema visokih temperatura kao kod zavarivanja i utjecaja na

svojstva materijala - naprezanja na spoju se jednoliko rasporeuju na velikim

povrinama - sendvi-konstrukcije omoguavaju visoku krutost i malu

teinu (lake konstrukcije) - spojevi su nepropusni i otporni na koroziju - ne mijenjaju se svojstva materijala koji se lijepe jer nema

visokih temperatura - elastinost ljepila moe kompenzirati toplinske dilatacije te

ublaiti udarce i vibracije - jednostavna serijska proizvodnja.

Nedostaci:

- mala vstoa u odnosu na druge naine spajanja (zavarivanje, lemljenje, zakivanje) - najee je potrebna zahtjevna priprema povrina za lijepljenje (mehaniko i kemijsko ienje) - upotrebljivost do 200 C - nisu postojani pri dinamikim optereenjima - javljaju se efekti starenja i puzanja - prilikom izvoenja mogu biti potrebni ureaji za stezanje i zagrijavanje - vrijeme do postizanja pune vrstoe spoja moe biti dugo.

Usporedba nekih karakterisitka zavarivanja, lemljenja i lijepljenja:

[Glienicke, TU Braunschweig]

Postupak Materijali spajanih dijelova Dodatni materijal Temperatura

Zavarivanje Jednaki ili slini metali Jednaki ili slini plastomeri

Jednak osnovnom materijalu (ili bez njega)

Temperatura taljenja spajanih dijelova

Lemljenje Jednaki ili razliiti metali Razliit od osnovnog materijala

Temperatura taljenja lema

Lijepljenje Bilo kakvi vrsti materijali Razliit od osnovnog materijala

Prema vrsti ljepila 20200 C

Ljepila:

Fizikalno vezujua ljepila Ljepilo (kauuk, umjetne smole) je rastopljeno u otapalu. Prilikom

lijepljenja, esto uz snani pritisak, otapalo ishlapi. Nosivost spoja je srednja (510 N/mm2). Fizikalno vezujua ljepila nisu pogodna za spajanje dva metala jer se onemoguava hlapljenje otapala, ali su dobra ako je barem jedan metal porozan.

Kemijski vezujua ljepila (reakcijska ljepila) To su dvokomponentna ljepila: 1. komponenta: duromeri (epoksidna, fenolna, poliesterna smola)

koji su tekui, kao pasta ili u obliku filma 2. komponenta: otvriva (katalizator).

Dolazi do povezivanja makromolekula, esto uz djelovanje poviene temperature i vlage, i nastaje tvar koja se ne moe niti rastopiti niti rastaliti. Ova ljepila su veoma vrsta i pogodna za metal, staklo, keramiku i polimere u raznim kombinacijama.

Topla kemijski vezujua ljepila postiu vezna svojstva bre od hladnih (od nekoliko minuta na vie pri temperaturama do 200 C), ali su neprikladna za spajanje veih ili toplinski osjetljivih dijelova. Potrebna je aparatura suionici, ploe s grijaima, naprave. Toplim ljepilima se postie vea vrstoa spoja nego hladnim. Kod nekih hladnih kemijski vezujuih ljepila je za postizanje veznih svojstava potrebno i do nekoliko dana. Minimalno je potrebna sobna temperatura.

Za izdrljivost ljepljenog spoja jako je vano stanje povrine koja se lijepi.

Adhezijske sile su djelotvorne samo ako je povrina prijanjanja ista, ohrapavljena i odmaena.

Hrapavljenje metalnih povrina koje se obavlja finim etkama, brusnim papirom ili pjeskarenjem poveava povrinu prijanjanja stvaranjem udubljenja i uzvienja. Povrine obraivane silikonskim pastama ili sredstvima se ne mogu lijepiti.

ienje i odmaivanje se obavlja trikloretilenom, acetonom, luinama i dr. Sloj ljepila treba biti to tanji jer su adhezijske sile najee vee od kohezijskih, a vrstoa spoja opada s porastom debljine sloja ljepila.

Oblikovanje spojeva:

Openito vrijede iste smjernice kao i za lemljene spojeve. Budui da su vlana i smina vrstoa lijepljenog sloja bitno manje od vrstoa metala, potrebna je razmjerno velika povrina lijepljenja. Najsvrsishodniji su posmino optereeni preklopni spojevi s duljinom preklopa l = (5...20)s Lijepljeni spojevi su naroito osjetljivi na ljutenje pa takva naprezanja kao i savijanje treba izbjegavati, ali se izbjegavaju i vlana naprezanja:

a) Loa izvedba: loe punjenje procjepa, otar brid potiskuje ljepilo b) Dobra izvedba: dobro punjenje procjepa, zatik pri umetanju po mogunosti okretati

a) Loa izvedba b) Dobra izvedba

vrstoa:

Spojevi aluminijskih dijelova daju najvee vrstoe, a zatim slijede spojevi elinih, Cu i mjedenih dijelova.

Najvea vrstoa postie se slojem ljepila debljine 0,1 ... 0,3 mm, dok pri debljini od 1 mm vstoa pada na cca. 60%.

vrstoa se smanjuje tijekom vremena i zbog starenja ljepila i okolnih utjecaja moe pasti i na 50% poetne.

Lijepljene spojeve treba oblikovati tako da su po mogunosti izloeni posminom naprezanju (F = sila, A = povrina lijepljenja) ili eventualno vlanom naprezanju Faktor sigurnosti 25

m== dopAF

m== dopAF

Orijentacijski podaci o vrstoi lijepljenih spojeva:

Prekidna vrstoa Optereenje

Hladno ljepilo

Toplo ljepilo

Pri smicanju

m

Statiko optereenje a b c

3...20 4 8

8...50 15 25

Izmjenino dinamiko optereenje

a b c

0,5...4 1 2

2...8 3 6

Pri vlaku m

Statiko optereenje a d

30...50 40

50...90 70

a priblino podruje vrijednosti, b gruba procjena za jednorezne spojeve, c gruba procjena za dvorezne spojeve, d gruba procjena

Najbolje je koristiti podatke proizvoaa ljepila!

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32