Curs 09_TST_2014

TEHNOLOGIA

SUDĂRII PRIN2014

TOPIRE

1

2

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelor

Imbinarea nedemontabila a doua piese metalice - de aceeasi compozitie sau de compozitii diferite- cu

utilizarea unui metal sau aliaj de o alta compozitie, insa cu o temperatura de topire inferioara fata de aceea

a pieselor de imbinat, cu care formeaza solutii solide (aliaje), se numeste lipire.

Metalele de adaos sunt aliaje uşor fuzibile cu punct de topire in jurul a 250°C sau, uneori materiale

nemetalice (respectiv adezivii) care adera pe porţiunile de lipit.

În funcţie de temperatura de topire a aliajului de lipit se deosebesc două procedee de lipire :

- lipire moale, când temperatura de topire a metalului de adaos este sub 300°C ;

-lipire tare sau blazare când temperatura de topire a metalului de adaos depăşeşte 500°C.

Esenţialul in aceasta, clasificare îl constitute faptul ca la acelaşi metal de baza rezistenta

mecanica a lipiturii este cu atât mai ridicata cu cat metalul de adaos are o temperatura de topire mai mare.

Metalele si aliajele de adaos sunt grupate (şi simbolizate, ca atare) după mai multe criterii, si

anume: natura aliajului (de exemplu : Cu + Zn. aliaje conţinând Ni, Ag etc.), forma sub care se prezintă

(baghetă, sârmă învelită, pulbere, granule etc.), temperatura do topire, rezistenţa lipiturii la încercarea de

tracţiune sau de forfecare etc.

Pentru eliminarea oxizilor Si a celorlalte materii străine de pe zonele de lipit se foloseşte o

substanţă chimica numită flux, mai uşor fuzibil, decât aliajul de lipit, prinzându-se de suprafaţa pieselor

înaintea aliajului şi având însuşirea de a dizolva oxizii şi impurităţile. Ca fluxuri se pot folosi : colofoniul,

stearina, clorura de zinc, clorura de amoniu, boraxul etc.

Daca pentru imbinare, in locul aliajului de lipire, este folosit un adeziv sintetic, se obtine o lipire

cu adezivi sau o incleiere a metalelor. Pentru lipire este necesara o incalzire a pieselor de lipit la

temperatura de topire a metalului si a aliajului de lipire.

Lipirea se numeste moale daca temperatura de topire a metalului sau a aliajului de lipire este

sub 500 0C; daca materialul de lipire are o temperatura de topire mai mare de 500 0C, atunci lipirea se

numeste tare.

Definiţie

3

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorImbinarea lipita se realizeaza prin difuzia aliajului de lipire in materialul pieselor de lipit, dupa ce aliajul de

lipire a fost adus in stare lichida; piesele de lipit, incalzite la temperatura de lipire, raman in tot timpul

operatiei de lipire in stare solida.

Procesul de difuzie este in general lent, insa prin topirea metalului de ados (de lipire), acesta difuzeaza

repede in metalul de baza; difuzia este cu atat mai mare, cu cat metalele de lipit au temperaturi de topire

mai inalte, iar gradul de solubilitate a metalelor de lipit si de ados este mai mare. Prin difuzie se produce

interactiunea prin patrunderea atomilor metalelor de lipire in metalele de lipit, iar dupa racire se formeaza

lipitura.

Prin difuzia aliajului de lipire in metalul de lipit se obtine adeziunea necesara cu ajutorul solutiilor solide

formate, realizandu-se astfel legatura metalica intre piesele de imbinat. Este necesar insa ca metalul de

adaos sa aiba o buna aderenta cu metalul de baza si sa se obtina o rezistenta mecanica suficienta pentru

sarcinile la care este supusa imbinarea lipita.

In cazul folosirii adezivilor de lipire cu temperaturi mult mai reduse fata de aliajele de lipire, imbinarea se

realizeaza prin adeziune si coeziune. In acest caz, fortele de atractie intermoleculare si de patrundere a

adezivului in asperitatile suprafetelor pieselor de lipit sunt cele care determina rezistenta imbinarii.

Procedeele de lipire sunt folosite pe scara larga in constructii de masini datorita avantajelor pe

care le reprezinta si anume:

§ O suficienta rezistenta mecanica a lipiturii;

§ Se pot imbina metale si aliaje de natura diferita intre ele, precum si piese groase cu piese subtiri;

§ Lipsa tensiunilor interne si a deformatiilor;

§ Structura si caracteristicile fizico-chimice ale metalului de baza nu se schimba dupa lipire;

§ Imbinarile lipite sunt ieftine;

§ Operatia poate fi mecanizata sau automatizata, ceea ce conduce la mari productivitati.

Pentru ca procesul de lipire sa aiba loc in bune conditii este necesar sa se produca o buna

umectare a metalului de adaos pe suprafata metalului de baza.

Procedeele de lipire se clasifica dupa diferite criterii:

- dupa temperatura de topire;

- dupa forma imbinarii;

- dupa modul de incalzire al pieselor.

4

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorDupa temperatura de lipire se disting lipirea moade si lipirea tare: lipirea moale se realizeaza

cu materiale de adaos care se topesc sub 450°C, iar lipirea tare cu materiale de adaos a caror temperatura

de topire este mai inalta de 450°C.Dupa forma imbinarii lipirea se clasifica

in lipire prin depunere si lipire

capilara;

- la lipirea prin depunere materialul de

adaos se introduce in rostul imbinarii

asemahator ca la sudarea cu flacara;

- la lipirea capilara, materialul de adaos

patrunde singur in rostul imbinarii (prin

capilaritate) asemanator cu

patrunderea lichidelor in rosturi foarte

inguste (spatii capilare).

Dupa modul de incalzire a

pieselor procedeele de lipire se

clasifica in doua mari categorii:

- procedee de lipire cu incalzire locala

si procedee de lipire cu incalzire

totala.

In primul caz se realizeaza numai o

incalzire partiala a piesei in jurul

imbinarii (cu precadere la piese mari),

iar in cel de al doilea caz se incalzeste

complet intreaga piesa (cu precadere

la piese mici).

5

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorIn fig. 1. sunt cuprinse principalele metode industriale de lipire folosite in stadiul actual al

tehnicii, metode de lipire care se definesc astfel:

- lipirea prin depunere este procedeul de lipire la care materialul de adaos se depune prin topire in rostul

imbinarii;

- lipirea capilara este procedeul de lipire la care rostul imbinarii are forma capilara pe care il umple

materialul de adaos topit sub influenta fortelor capilare;

- lipirea cu ciocanul de lipit este procedeul de lipire la care sursa de caldura o constituie un ciocan de lipit

metalic;

- lipirea cu ultrasunete este un procedeu de lipire prin depunere la care pelicula de oxizi de pe suprafata

materialului de baza se distruge cu ajutorul ultrasunetelor in timpul depunerii materialului de adaos;

- lipirea prin frecare este un procedeu de lipire prin depunere la care pelicula de oxizi de pe suprafata

materialului de baza se distruge prin frecare mecanica in timpul depunerii materialului de adaos;

- lipirea prin reactie este procedeul de lipire la care se utilizeaza un material de adaos sub forma de

combinatie chimica si care se descompune la lipire intr-un material de adaos si o substanta decapanta care

joaca rol de flux;

- lipirea cu flacara este procedeul de lipire la care sursa de caldura o constituie o flacara de gaze;

- lipirea prin imersiune (prin scufundare) este un procedeu de lipire capilara la care sursa de caldura o

constituie o baie de material topit;

- lipirea in baie de saruri este un procedeu de lipire prin imersiune la care materialul baii este format din

saruri topite;

- lipirea in baie de flux este un procedeu de lipire prin imersiune la care materialul baii este format din flux

topit;

- lipirea in baie metalica este un procedeu de lipire prin imersiune la care materialul baii este format din

metalul sau aliajul de adaos;

- lipirea prin rezistenta este un procedeu de lipire capilara la care sursa de caldura o constituie rezistenta

electrica;

- lipirea prin inductie (prin CIF) este un procedeu de lipire capilara la care sursa de caldura o constituie

energia inductiva a curentilor de inalta frecventa;

6

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorIn fig. 1. sunt cuprinse principalele metode industriale de lipire folosite in stadiul actual al

tehnicii, metode de lipire care se definesc astfel:

- lipirea in cuptor este un procedeu de lipire capilara la care piesele se incalzesc in intregime intr-un

cuptor;

- lipirea in cuptor cu atmosfera normala este un procedeu de lipire in cuptor cu atmosfera naturala de

aer;

- lipirea in cuptor cu atmosfera protectoare este un procedeu de lipire in cuptor cu atmosfera de gaze de

protectie care impiedica oxidarea superficiala a materialului de baza si de adaos;

- lipirea in cuptor cu atinosfera reducatoare este un procedeu de lipire in cuptor la care pelicula de oxizi

de pe piesa lipita se indeparteaza cu ajutorul unui gaz reducator introdus in cuptor;

-lipirea in vid este un procedeu de lipire capilara la care piesele se incalzesc complet in vid pentru a

impiedica oxidarea superficiala a materialului de baza si de adaos.

Pentru ca procesul de lipire sa aiba loc in bune conditii este necesar sa se produca o buna umectare a

metalului de adaos pe suprafata metalului de baza.

Prin umectare se intelege contactul care se obtine la depunerea unei picaturi de aliaj de lipire

topit pe suprafata metalului de baza , conform figurii de mai jos, in care se prezinta doua situatii extreme.

7

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorUmectarea este cu atat mai buna si aderenta cu atat mai mare , cu cat unghiul θ este mai redus.

Umectarea se considera buna daca unghiul este sub 900 si ea este necesara pentru asigurarea umplerii

rostului dintre piesele de imbinat.

Daca unghiul θ este sub 450, umectarea se considera foarte buna. Ea se produce numai in cazul

cand piesele de lipit sunt incalzite la temperatura corespunzatoare , numita temperatura de umectare; la

lipirea cu alama a fontei, ea este cuprinsa intre 650 si 800 0C, iar la lipirea cu alama a otelului intre 800 si

950 0C. Umectarea poate fi influentata si de fluxurile folosite la lipire, care asigura curatarea chimica a piesei

de lipit si pregatesc astfel piesa pentru lipire.

Daca lipirea este buna, atunci lipirea se produce prin capilaritate, ceea ce conduce la folosirea

unor rosturi ( jocuri) foarte mici. Prin aceasta se obtin economii mari de aliaje de lipire. In vederea lipirii a

doua piese metalice este necesar ca dupa pregatirea si asamblarea acestora ele sa fie curatate atent in

dreptul rostului. La inceputul, cat si in timpul operatiei de lipire, prin presararea fluxului si topirea acestuia se

asigura o curatire suplimentara , ceea ce conduce la incalzirea liniei de lipire si topirea aliajului in rostul de

imbinare. Dupa lipire, surplusul de aliaj de lipire este indepartat, iar de-a lungul imbinarii se executa o

spalare atenta a rosturilor de flux , care, daca nu este indepartat, provoaca coroziuni.

Procedeul de lipire este in prezent larg folosit in nimeroase ramuri industriale la imbinarea

pieselor de otel, fonte, metale neferoase etc. Din punct de vedere al temperaturilor de topire a aliajului,

adica a temperaturii de incalzire pentru lipirea de imbinat, se deosebesc:

- Lipirea moale, caracterizata prin temperaturi de topire ale aliajelor de lipire sub 500 0C. La aceste lipituri

se folosesc aliaje binare de staniu-plumb sau aliaje complexe de staniu-plumb, cu bismut, cadmiu,

antimoniu etc, uneori argint. Prin lipirea moale se obtin imbinari etanse, de rezistenta mecanica redusa ;

este folosita in special la lucrari de tinichigerie;

- Lipirea tare sau brazarea , caracterizata prin temperaturi de topire a aliajelor de lipire de peste 500 0C.

Pentru aceste lipiri se folosesc aliaje pe baza de cupru-zinc sau cupru-zinc-argint; lipiturile au o rezistenta

mare la rupere si sunt destinate lucrarilor cu conditii de exploatare grele la temperaturi mari. Lipirea tare

este larg folosita in industria constructiilor de masini.

8

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorTemperatura de lucru, sau temperatura de lipire, este temperatura minima pe care trebuie sa o atinga

suprafata de contact dintre materialul de baza netopit si cel de adaos topit, pentru ca acesta din urma sa se

intinda, sa curga si sa formeze o legatura cu materialul de baza.

Prin notiunea de difuziune se intelege schimbul reciproc de atomi dintre atomii materialului de

baza si atomii materialului de adaos topit, schimb in urma caruia se produce un aliaj de legatura sub forma

unui strat intermediar.

Calitatea stratului intermediar depinde de felul atomilor difuzati, de temperatura si durata

procesului de lipire, precum si de viteza de difuzie a atomilor. De obicei temperatura de lucru se indica cu o

valoare minima si una maxima, adica printr-un interval al temperaturi de lucru, prin care se precizeaza

domeniul temperaturii optime pentru exeoutia operatiei de lipire. Intervalul temperaturii de lucru se situeaza

de regula cu 550°C deasupra temperaturii de topire a materialului de adaos.

Capacitatea de umectare este principalul criteriu de apreciere a aptitudinii la lipire a materialului de adaos

in combinatie cu un anumit material de baza. Aceasta proprietate defineste capacitatea materialului de

adaos de a se uni cu materialul de baza perfect curatat si incalzit la temperatura de lucru. Ea se exprima cu

ajutorul unghiului de contact pe care il formeaza tangenta la materialul de adaos depus in punctul de

contact cu materialul de baza.

Dupa marimea unghiului de contact exista patru grade de umectare (fig. 3.):

I. Umectare foarte buna, cand = 0° - 14°.

II. Umectare buna, cand = 15° - 75°.

III. Umectare satisfacatoare, cand = 76°- 90°.

IV. Umectare nesatisfacatoare, cand = 91° - 180°.

9

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorIn primele trei cazuri (I, II si III) umectarea este corespunzatoare pentru realizarea practica a unei imbinari

lipite, intrucat materialul de adaos topit este capabil sa patrunda in toate directiile in rosturile existente dintre

piesele pregatite pentru lipire.

In cel de al patrulea caz (IV) materialul depus nu este apt pentru lipirea materialului de baza din care sunt

confectionate piesele ce trebuie imbinate.

Capacitatea de umectare poate fi exprimata si cu ajutorul unei alte notiuni numita capacitate de intindere.

Ea reprezinta masura in care materialul de adaos este in stare sa ocupe o portiune cat mai mare pe o

suprafata orizontala si curata a materialului de baza incalzit la temperatura de lucru. Cu ajutorul acestei

notiuni se defineste nu numai capacitatea de umectare dar mai ales fluiditatea aliajului de topit. Cele doua

notiuni — umectarea si fluiditatea — nu exprima unul si acelasi lucru dar reprezinta fenomene care sunt in

strinsa legatura intre ele.

Rolul umectarii

materialului de baza de catre

materialul de adaos lichid poate fi

dovedit prin experienta descrisa in fig.

4, experienta care explica principiul

capilaritatii si cel al lipirii capilare:

daca pe o placa de sticla perfect

curata se aseaza o picatura de apa si

se apropie de aceasta o alta placa

mai mica de sticla asezata pe prima,

atunci in momentul contactului apei cu

cea de a doua placa, picatura se

intinde si apa patrunde sub si in jurul

placii superioare.

10

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelor

La fel se petrec lucrurile si in cazul lipirii capilare, cand materialul

de adaos se topeste pe suprafata materialului de baza incalzit

patrunzand in spatiile inguste capilare. Aceste spatii nu depasesc

de obicei latimea de 0,25 mm.

Lipirea capilara se bazeaza pe principiul scurgerii lichidelor prin

conducte. In locul presiunii care forteaza lichidele sa treaca

printr-o conducta, in cazul lipirii capilare apar fortele capilare care

fac ca materialul de adaos topit sa patrunda in spatiile capilare

existente intre piesele ce se imbina.

Forta capilara este o consecinta a tensiunii superficiale care actioneaza intr-un spatiu ingust, delimitat de cei

doi pereti ai materialului de baza. In acest spatiu patrunde metalul topit de adaos si eventualul flux topit folosit.

Prin capilaritate se intelege capacitatea materialului de adaos de a patrunde sub actiunea fortei capilare in

spatiile inguste ale piesei de lipit. Aceasta capacitate se masoara de obicei in directie orizontala in care nu

este influentata de greutatea proprie a lichidului. Capilaritatea verticala difera de cea orizontala: in sens

descendent ea este mai mare, iar in sens ascendent mai mica decat cea orizontala datorita influentei greutatii

proprii a aliajului de lipit.

11

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorLipirea capilara in pozitie orizontala parcurge trei etape (fig. 5.): initierea lipirii prin atingerea de catre

metalul topit a celei de a doua piese (fig. 5. a), inaintarea metalului topit in spatiul capilar (fig. 5. b) si

incheierea imbinarii (fig. 5. c). In faza de inaintare a metalului topit in spatiul capilar se formeaza o suprafata

curba concava, (menisc concav) care este un indiciu al umectarii peretilor si joaca un rol hotarator in procesul

de formare a imbinarii (fig. 5.b). In momentul in care umectarea se intrerupe, in locul meniscului concav apare

un menisc convex (fig. 6.), inaintarea metalului topit inceteaza si rezulta o lipitura incompleta. Acest caz se

intimpla la imbinari la care nu sa facut o curatire corespunzatoare a pieselor si in care au ramas portiuni pe

care metalul topit nu le umecteaza. Metalul topit se comporta pe astfel de suprafete asemanator mercurului in

contact cu un alt metal.

Tensiunea superficiala, notata cu T in fig. 7. contribuie nu numai la patrunderea materialului de adaos topit in

spatiul capilar; ea este totodata si forta care face ca la exteriorul imbinarii materialul topit sa se urce in sus pe

piesa si sa se intinda orizontal formand o racordare concava.

12

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorMarimea fortei capilare P, sub actiunea careia materialul de adaos topit patrunde in rostul imbinarii,

este cu atat mai mare cu cat umectarea este mai buna ( cat mai mic), cu cat tensiunea superficiala este mai

mare si cu cat spatiul capilar dintre piese este mai mic. Aceasta dependenta a fortei capilare se exprima prin

relatia matematica:

in care:

T este tensiunea superficiala a materialului de

adaos topit, in g/cm;

— unghiul de contact (v. fig. 3);

s — marimea rostului capilar al imbinarii in cm.

Lipirea capilara in pozitie verticala (fig. 9.) se desfasoara

in aceleasi etape ca si in pozitia orizontala, cu deosebirea ca

la patrunderea materialului de adaos topit in rostul capilar al

imbinarii intervine greutatea proprie G a coloanei de metal topit.

In cazul lipirii verticale ascendente (fig. 9, a) G actioneaza

impotriva fortei capilare, iar in cazul lipirii verticale

descendente (fig. 9, b) G actioneaza in acelasi sens

cu forta capilara.

In sens ascendent inaltimea maxima (hmax) la care se poate urca materialul de adaos topit este limitata de

greutatea proprie G a acestuia din urma; cand G ajunge sa fie egal cu forta capilara P, atunci inaintarea

ascendenta a coloanei de metal topit inceteaza. Avand in vedere ca greutatea pe unitate de sectiune a

coloanei de metal topit:

G = g h

Din aceasta relatie rezulta ca inaltimea la care se poate ridica materialul de adaos topit intre cele doua piese

ce se imbina depinde de marimea rostului capilar dintre piese. Acest fapt poate fi demonstrat practic cu apa si

cu placi de sticla printr-o experienta simpla conform celor aratate in fig. 10: apa se va ridica la nivele diferite in

functie de spatiul existent intre placi (s1, s2, s3, s4).

13

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorProcesul de lipire, care se desfasoara la suprafata de contact dintre

materialul de baza si cel de adaos, se bazeaza pe capacitatea de

aliere dintre aceste doua materiale sau cel putin dintre unele

componente ale lor.

Lipirea nu, poate deci avea loc daca intre materialul de baza si cel

de adaos nu exista cel putin o solubilitate partiala. Este dovedit

prin incercari si cercetari ca umectarea are loc numai la acele

perechi de materiale care produc intre ele faze intermetalice

sau solutii solide. Astfel se explica, de exemplu, de ce aliajele

de lipit conventionale se comporta in general foarte bine la

lipirea otelului si a aliajelor de cupru:

-se produc faze intermetalice intre Sn si Fe;

Zn si Fe, Zn si Cu, Zn si Ni; Cd si Cu, Cd si Ni;

-se produc solutii solide intre Cu si Fe,

- Cu si Ni;Ag si Ni; Sn si Cu; Sn si Ag.

In momentul umectarii materialiului de baza

de catre cel de aport atomii acestora se apropie atat de mult incat pot avea loc

schimburi de locuri intre atomi, adica poate incepe un proces de difuziune atomica.

Fluxurile au, rolul de a usura contactul intim dintre materialul de baza si cel de adaos prin indepartarea

eventualelor obstacole existente sub forma unor pelicule de oxizi, grasimi sau alte impuritati.

In cazul utilizarii gazelor de protectie in locul fluxurilor solide sau lichide, pentru indepartarea oxizilor de pe

suprafata pieselor sunt necesare gaze reducatoare, cum este de exemplu hidrogenul care reduce oxidul de

fier: FeO+H2 Fe+H2O.

Dupa indepartarea oxizilor si a altor, impuritati, cand materialul de odaos topit ajunge in contact cu materialul

de baza, procesul de difuziune se desfasoara foarte rapid, astfel incat lipitura se realizeaza in decurs de citeva

zeci de secunde. La lipire moale si la lipire tare cu aliaje de argint usor fuzibile, intr-un interval de timp de mai

putin de un minut, se produc straturi de difuziune cu grosime de cca un micron. Desi aceste straturi subtiri de

difuziune nu se pot vedea usor nici la microscop, ele totusi exista si au un rol hotaritor asupra proprietatilor

imbinarilor lipite.

14

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelor

CONDITII TEHNICE GENERALE

Materialele de adaos folosite pentru imbinari lipite se numesc aliaje de lipit. Ele trebuie sa indeplineasca

urmatoarele conditii tehnice generale:

a) Temperatura lor de topire sa fie totdeauna mai joasa decat cea a materialului de baza.

b) Intervalul lor de topire sa fie cat mai mic, intrucat in caz contrar componentele cu temperatura mica de

topire au tendinta de a se separa de cele mai greu fuzibile, fapt care ingreuneaza desfasurarea normala a

procesului de lipire.

c) Spre deosebire de materialele de adaos folosite la sudare, aliajele de lipit nu trebuie sa aiba compozitia

chimica identica cu cea a materialului de baza si nici macar asemanatoare.

d) Este foarte important ca aliajele de lipit sa posede proprietati bune de lipire, cum sunt capacitatea de

umectare, fluiditatea si capilaritatea.

e) Elementele componente ale aliajului de lipit si ale materialului de baza trebuie sa fie reciproc solubile si sa

difuzeze intre ele, fara a da nastere la faze intermediare fragile.

f) In stare topita aliajul de lipit trebuie sa aiba tensiunea superficiala mica si vascozitatea redusa.

g) Elementele componente ale aliajului de lipit trebuie sa aiba, in contact cu materialul de baza, diferente de

potential cat mai mici, pentru ca imbinarea lipita sa fie cat mai rezistenta la coroziune.

h) Aliajul de lipit trebuie sa aiba proprietati mecanice cat mai bune, mai ales rezistenta la tractiune, rezistenta

la forfecare, alungire si rezistenta la incovoiere prin soc.

i) Din punct de vedere operativ, aliajul de lipit trebuie sa aiba forma si dimensiuni corespunzatoare.

ALIAJE PENTRU LIPIT

15

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorCLASIFICAREA ALIAJELOR DE LIPIT

Sortimentul aliajelor de lipit este deosebit de mare si se gaseste in continua crestere datorita varietatii mari a

procedeelor de lipire aplicate in domenii de utilizare din ce in ce mai numeroase. Institutul International de

Sudura (I.I.S.) recomanda o clasificare a aliajelor de lipit cu ajutorul imui sistem de simboluri format din litere si

cifre, pe baza caruia aliajele de lipit se deosebesc dupa elementele componente, dupa temperatura de topire

si dupa rezistenta lipiturii la intindere sau forfecare.

Sistemul are trei grupe de simboluri, fiecare grup avand respectiv 1, 2 si 3 simboluri. Conform acestui sistem

de simbolizare toate materialele de adaos folosite la lipire se noteaza mai intii cu o litera B, pentru a le

deosebi de cele folosite la sudare. Dupa acest simbol general urmeaza o a doua litera pentru indicarea tipului

de aliaj dupa elementele componente si anume:

A — cupru;

B — aliaje cupru+zinc, cu sau fara alte elemente;

C — aliaje cupru+fosfor, cu sau fara argint;

D — alte aliaje de cupru;

E — argint;

F — aliaje argint+cupru+zinc, cu sau fara cadmiu, respectiv alte elemente;

G — aliaje argint+cupru;

H — aliaje argint-t-mangan;

I — aluminiu, cu sau fara alte elemente;

K — aliaje continand magneziu;

L — aliaje continand nichel;

M — aliaje continand paladiu;

N — aliaje continand aur, cu sau fara platina;

P — aliaje de titan, tantal, zirconiu, molibden, beriliu, columbiu;

Q — alte aliaje de argint;

R — metale sau aliaje cu temperatura de topire sub 450°C;

Z — alte metale si aliaje.

16

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorCLASIFICAREA ALIAJELOR DE LIPIT

De exemplu, aliajele de lipit cu aluminiu si siliciu se noteaza prescurtat BI, cele cu cupru si fosfor

DC, etc. aceste litere apartinind primului grup de simboluri pentru aliaje de lipit.

Cel de al doilea grup de simboluri are, in primul rand, urmatoarele litere care caracterizeaza forma

in care se prezinta aliajul de lipit: baghete (A); sarma invelita (B); sub forma de pulbere sau granule (C) in alte

forme (Z). In al doilea rind se defineste cu litere forma fluxului de lipire folosit la aliajul respectiv: sub forma de

invelis (A); granulat sau macinat fin (B); flux incorporat (C); pulbere sau pasta (D); flux gazos (E); atmosfera

protectoare sau vid (F) si fara flux (X).

Al treilea grup de simboluri are, la inceput, o cifra care indica temperatura de topire (lichidus) a

aliajului de lipit: 0 - sub 500°C; 1 - 500°C; 2 - 600°C; 3 - 700°C; 4 - 800°C; 5 - 900°C; 6 - 1.000°C; 7 - 1.100°C;

8 - 1.200°C; 9 - 1.400°C.

Urmeaza o litera mica prin care se indica rezistenta lipiturii la incercare de tractiune, astfel:

a - sub 2,5 daN/mm2; b - 2,5 daN/mm2; c - 5,0 daN/mm2; d - 7,5 daN/mm2; e - 10,0 daN/mm2; f - 12,5

daN/mm2; g - 15,0 daN/mm2; h - 17,5 daN/mm2;i - 20,0 daN/mm2; j — 22,5 daN/mm2; k — 25,0 daN/mm2; l -

27,5 daN/mm2; m - 30,0 daN/mm2; n - 32,5 daN/mm2; o - 35,0 daN/mm2; p - 37,5 daN/mm2; q - 40,0 daN/mm2;

r - 42,5 daN/mm2; s - 45,0 daN/mm2; t - 50,0 daN/mm2; u - 55,0 daN/mm2; v - 60,0 daN/mm2; w - 65,0

daN/mm2; x - 70,0 daN/mm2; y - 75,0 daN/mm2; z - peste 80 daN/mm2.

Apoi, cu aceleasi litere mici, se indica rezistenta lipiturii la incercarea de forfecare. Inainte de

aceste litere mici, care indica rezistenta lipiturii, se introduce o litera mare care defineste materialul de baza

din care s-au executat epruvetele de tractiune si de forfecare: otel moale (A); otel aliat (E); cupru (F); aluminiu

(G); alte metale si aliaje (Z).

In normele DIN (Germania) aliajele de lipit se clasifica in trei categorii mari:

— Aliaje de lipire moale pentru metale grele (DIN 1707);

— Aliaje de lipire tare si moale pentru metale usoare (DIN 8512);

— Aliaje de lipire tare pentru metale grele (DIN 8513).

17

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorPrima categorie de aliaje de lipit - cele destinate pentru lipirea moale a metalelor grele sunt recomandate cu

prioritate pentru lipirea cu flacara, pentru lipirea cu ciocanul de lipit si pentru lipirea prin imersiune. Ele se

clasifica in urmatoarele grupe (notate cu simboluri):

A — aliaje Pb-Sn si Sn-Pb;

Ah — cu continut de antimoniu;

Aa — cu continut redus de antimoniu;

Af — fara continut de antimoniu;

B — aliaje Sn-Pb cu adaos de cupru sau argint;

C — aliaje speciale pentru lipire moale.

La fiecare grupa de aliaje in normele DIN 1707 se indica marcile standardizate, compozitia chimica,

temperatura lichidus si solidus, procedeul de lipire preferat si recomandari privind domeniile de utilizare.

Cea de a doua categorie - aliajele de lipire tare si moale pentru metale usoare - se grupeaza dupa domeniul

temperaturilor de lucru folosite la lipirea tare si moale, respectiv 560 590°C pentru aliajele de lipire tare si 220

300°C pentru cele de lipire moale. In prima grupa intra aliajele Al-Si si Al-Si-Sn, iar in cea de a doua grupa

aliajele Sn-Zn, Zn-Cd, Cd-Zn si Sn-Pb-Zn. In, norma DIN 8512 sunt prescrise marcile standardizate cu

caracteristicile lor tehnice si domeniile de utilizare.

A treia categorie de aliaje de lipit - cele de lipire tare pentru metale grele (DIN 8513) — sunt impartite in trei

grupe de aliaje de lipit dupa cum urmeaza:

a) Aliajele de cupru, care cuprind aliajele Cu-Sn, Cu-Zn si Cu-Ni-Zn, a caror temperatura de lucru este

cuprinsa intre 845 si 910°C si care sunt destinate lipirii otelurilor si aliajelor de nichel, precum si a cuprului si a

aliajelor acestuia, cu conditia ca temperatura lor de topire sa depaseasca cu cel putin 50°C temperatura de

lucru a aliajului de lipit.

b) Aliaje cu continut de max 20% Ag, care cuprind aliajele Cu-Ag-Zn si Cu-Ag-Zn-Cd, a caror temperatura de

lucru este cuprinsa intre 800 si 860°C si care sunt destinate cu precadere pentru materiale insensibile la

caldura, precum si pentru piese fabricate in serie (in instalatii de lipit).

Tot aici se incadreaza aliajele Cu-Ag-P folosite pentru lipirea cuprului in cazul ca temperaturile de lucru trebuie

sa fie mai mici de 800°C (710°C) sau cand trebuie sa se lucreze fara flux. Aceste aliaje (Cu-Ag-P) nu se

recomanda pentru metale feroase si pentru aliajele de nichel deoarece fosforul produce zone de trecere

poroase in imbinari.

18

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorc) Aliaje cu continut de cel putin 20 % Ag, care cuprind aliaje de Ag-Cu-Zn-Cd, Ag-Cu-Zn-Mn-Ni, Ag-Cu si Ag-

Mn, a caror temperatura de lucru este de 600 960°C si care se disting prin proprietati deosebit de bune din

punct de vedere al comportarii la lipire. Ele se utilizeaza in special pentru lipirea capilara a pieselor de serie.

Aliajele cu continut de Ni si Mn sunt destinate lipirii placutelor din carburi metalice la scule de aschiere,

deoarece continutul de nichel si mangan usureaza aderenta aliajului de lipit pe suprafete greu umectabile cum

sunt metalele dure sinterizate aliate cu wolfram si molibden. Aliajele Ag-Mn, cu temperaturi de lucru de 960°C,

sunt rezistente la temperaturi pana la 600°C si la medii corosive de amoniac. Un aliaj eutectic Ag-Cu, cu tem-

peratura de topire de 780oC, este destinat lipirii fara flux a pieselor din cupru si aliaje de cupru - nichel, prin

procedeul de lipire in vid sau in medii de gaze protectoare.

In Romania nu s-a adoptat inca o clasificare oficiala a aliajelor de lipit, datorita faptului ca in prezent se depun

eforturi intemationale pentru gasirea unei clasificari unificate prin intermediul organelor uiternationale de

standardizare. In standardele romanesti pentru aliaje de lipit s-a adoptat o grupare in alia]e pentru lipire moale

si aliaje pentru lipire tare, acestea din urma fiind impartite la rindul lor in alame de lipit si aliaje cu continut de

argint.

ALIAJE PENTRU LIPIRE MOALE

Aliajele pentru lipire moale se caracterizeaza mai ales prin temperatura joasa de topire si prin rezistenta

mecanica mica. De aceea, se utilizeaza numai pentru piese slab solicitate si care nu se incalzesc puternic in

functionare.

Cele mai importante dintre aliajele pentru lipire moale sunt aliajele cu staniu (Sn) si plumb (Pb).

Dintre elementele componente rolul hotarator ii revine staniului, fiind cel care confera aliajului o buna

capacitate de umectare si o comportare favorabila la lipire. Plumbul pur nu poseda capacitati bune de

umectare, de intindere si de capilaritate, dar adaugindu-i chiar si cantitati mici de staniu comportarea sa la

lipire se imbunatateste considerabil.

19

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorALIAJE PENTRU LIPIRE MOALE

Proprietatile cele mai importante ale aliajelor de staniu si plumb rezulta din diagrama de echilibru

Sn-Pb reprezentata in fig. 11.

Pe aceasta diagrama se vede ca staniul pur are

punctul de topire la 232°C, iar plumbul pur la

326°C. Aliajul Sn-Pb cu 62 % Sn si 38 % Pb

formeaza un eutectic cu punctul de topire la 183°C.

In stinga si in dreapta eutecticului exista aliaje de

lipit cu diferite inter-vale de topire, in care topirea nu

se produce brusc ci treptat intre temperatura

solidus si lichidus. De exemplu aliajul cu 20 % Sn si

80 % Pb are un interval de topire de aproape

100°C, iar cel cu 90% Sn si 10% Pb un interval de

topire de circa 50°C.

Aliajele Sn-Pb cu interval mare de topire sunt

indicate in special pentru lucrari de tinichigerie, iar

cele cu interval mic de topire pentru lucrari fine

electrotehnice.

O parte din aliajele staniului cu plumbul contin adaosuri de antimoniu si se numesc aliaje staniu-plumb-

antimoniu (Sn-Pb-Sb). Acest adaos de antimoniu, de max 2,8% mareste rezistenta mecanica si duritatea

lipiturii si contribuie la mentinerea proprietatilor mecanice bune la temperaturi mai inalte. La aliaje destinate

utilizarilor in electrotehnica nu se adauga antimoniu, ci dimpotriva se limiteaza la max 0,12%, intrucat

reduce conductibilitatea electrica a imbinarii si fragilizeaza lipitura.

20

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorALIAJE PENTRU LIPIRE MOALE

Impuritatile existente in aliajele de lipit nu trebuie sa depaseasca anumite limite deoarece pot avea

diferite influente nefavorabile. De exemplu zincul (Zn) inrautateste capacitatea de umectare si de intindere

incepand cu un continut de 0,001 % si de aceea este limitat la max 0,002 %. Acelasi efect il are aluminiul (Al).

Arsenul (As), la un continut de 0,03 %, reduce puternic fluiditatea aliajului topit si de aceea este limitat la max

0,02 %, sau chiar la max 0,01%.

In afara de aliajele Sn-Pb si Sn-Pb-Sb, la lipirea moale se mai utilizeaza o serie de alte aliaje de lipit care sunt

diferite aliaje de staniu, de plumb, de zinc, de cadmiu, de bor, la care uneori se adauga si mici cantitati de

argint. Aliajul Sn-Ag cu 95 % Sn si 5 % Ag, primul aliaj in care nu exista plumb, se foloseste in special in

industria alimentara, la fabricatia cutiilor de conserve, dat fiind ca plumbul are o influenta daunatoare asupra

sanatatii. Eutecticul acestui aliaj se formeaza la un continut de 3,5% Ag si are temperatura de topire de

222°C.

Aliajele Sn-Zn reprezinta o importanta categorie de aliaje

pentru lipirea moale a aluminiului si aliajelor de aluminiu.

Proprietatile acestor aliaje rezulta din diagrama de

echilibru din fig. 12.

Eutecticul acestor aliaje se formeaza la un continut de 8

% Zn si are temperatura de topire la 200°C. Prezenta

zincului este favorabila la lipirea aluminiului deoarece

zincul este bine solubil in aluminiu chiar si la temperaturi

normale. Prin adaugarea in aliajul de lipit a 1-2% Al se

mareste rezistenta la coroziune a lipiturilor.

Aliajele Pb-Ag constituie o alta grupa importanta de

aliaje de lipit, care prezinta interes ca aliaje inlocuitoare

ale celor pe baza de staniu si ca aliaje utilizabile pentru

lipirea aluminiului. Ele se disting printr-o buna rezistenta

mecanica la temperaturi ridicate si in mediu umed.

21

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorALIAJE PENTRU LIPIRE MOALE

Aceste aliaje se utilizeaza de exemplu la imbinarile lipite ale rotoarelor de motoare cu turatie mare,

care se incalzesc in functionare si sunt puternic solicitate din cauza fortelor centrifuge.

Aliajele Cd-Zn reprezinta o alta categorie de aliaje pentru lipire moale destinate in special lipirii alumimului in

cazurile imbinarilor cu o buna rezistenta la coroziune. Eutecticul lor se afla la 265°C, iar pe masura cresterii

continutului de zinc temperatura de topire (lichidus) ajunge pina la 400°C. Prin inlocuirea cadmiului cu

aluminiu se poate obtine un nou aliaj de lipire, cu un eutectic la temperatura de 383oC.

Ultima categorie de aliaje de lipit avuta in vedere o reprezinta aliaje usor fuzibile destinate pieselor ce trebuie

lipite la temperaturi mai mici de 150°C.

Acestea sunt toate aliaje eutectice pentru a reduce ternperatura de lucru la valori cat mai mici.

Aliajele de lipire moale standardizate in Romania sunt specificate in STAS 96-66.

La inlocuirea aliajelor Sn-Pb si Sn-Pb-Sb cu alte tipuri de aliaje trebuie avute in vedere mai multe criterii de

rentabilitate: viteza de lipire, consumul de material de adaos, rezistenta la coroziune, proprietatile mecanice

ale lipiturilor, precum si caracteristicile de comportare la lipire ale diferitelor aliaje de lipit.

In fig. 13 este dat un exemplu de relatie dintre durata de lipire D, in minute,

si consumul de staniu C, in cazul utilizarii aliajelor de lipit Sn-Pb cu 20, 30 si

40 % Sn, iar in tabelul 3 sunt prezentate caracteristicile de comportare la

lipire a principalelor aliaje de lipire moale in cazul lipirii otelului moale (Fe) si

a cuprului (Cu). Majoritatea aliajelor pentru lipire moale se livreaza sub

forma de bare sau sarme laminate si se utilizeaza cu fluxuri sub forma de

pulberi, lichide, sau paste. Exceptie fac aliajele livrate sub forma de sarma

tubulara (fludor) care contin fluxul inglobat in interior si care nu necesita

aplicarea separata a altor fluxuri. Inglobarea fluxului se face pe mai multe

canale paralele la axa sarmei tubulare in care se introduc diferite categorii

de fluxuri decapante. Numarul canalelor si dimensiunile lor permit diverse

combinatii de aliaje de lipit si fluxuri, pentru cele mai diferite domenii de

utilizare, avand avantajul unei manipulari comode a aliajului de lipit si

autodozarea fluxului.

22

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorSarmele tubulare umplute cu flux se executa din aliaje de Sn-Pb cu 40 70% Sn si dintr-un flux pe baza de

colofoniu cu eventuale adaosuri de substante activante. Diametrele acestor sarme sunt de obicei de 1 mm,

1,5 mm, sau 2 mm, iar proportia de flux reprezinta 2,5 4,5% din greutatea sarmei.

O conditie importanta ce se impune acestui tip de aliaje de lipit este ca vaporii fluxului si resturile de flux ce se

produc la lipire sa nu fie corosive si sa nu influenteze rezistenta de izolatie a materialelor dielectrice din

apropierea imbinarilor lipite. Norma DIN 8516 prevede in acest scop incercari speciale pentru sarmele

tubulare tinand seama in mod deosebit de utilizarea lor la lipirea circuitelor imprimate.

ALIAJE DE LIPIT PENTRU LIPIRE TARE

1. Aliaje de aluminiu

Aluminiul formeaza cu siliciul un aliaj eutectic la un continut 11,7% Si, avand temperatura de topire de 577°C.

Prin adaugarea de alte elemente temperatura eutecticului poate fi coborata la 520°C, ca de exemplu in cazul

unui adaos de 4% cupru.

Principalele tipuri de aliaje de acest fel (notate prescurtat cu BI dupa clasificarea Institutului Internationa de

Sudura) sunt cele cuprinse in tabelul 1. Ele se folosesc la lipirea aluminiului si aliajelor sale. Aliajul al treilea

din tabel se aplica si la lipirea otelurilor.

23

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorALIAJE DE LIPIT PENTRU LIPIRE TARE

2. Aliaje de magneziu

Pentru lipirea aliajelor usoare de magneziu se folosesc aliaje de tip BK compuse din 89 % Mg + 2% Al + 2 %

Zn si din alte elemente. Temperatura solidus a acestui aliaj este de 600°C, iar temperatura lichidus de 620°C.

3. Aliaje de cupru

Aliajele de lipit din aceasta categorie se folosesc la lipirea majoritatii metalelor feroase si neferoase cu

temperaturi de topire ridicate.

Principalele tipuri de aliaje de cupru pentru lipire sunt urmatoarele:

Aliaje de cupru cu fosfor (BC)

Au compozitia chimica si temperaturile de topire (respectiv de solidificare) aratate in tabelul 2. Se folosesc in

special la lipirea cuprului, si a aliajelor sale. Fosforul usureaza topirea si mareste fluiditatea metalului de

adaos, iar din punct de vedere chimic actioneaza ca dezoxidant. Aceste aliaje nu se re-comanda pentru lipirea

otelurilor si aliajelor de nichel intrucat fosforul produce cunoscuta fragilitate a acestor materiale.

24

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorAliajele de cupru cu aur (BDN)

Se folosesc la lipituri in industria chimica si la lipituri de trecere a conductelor prin sticla, avand corficient de

dilatare termica potrivit; de asemenea se folosesc in fabricarea bijuteriilor. Din aceste aliaje cele mai rastandite

sunt prezentate in tabelul 3.

Aliajele de cupru cu zinc (BB)

Se mai numesc alame pentru

lipit si se folosesc in special

pentru lipirea metalelor

feroase si a aliajelor de cupru

si nichel. Principalele aliaje

de acest fel sunt prezentate

in tabelul 4.

25

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorCalitatea alamelor folosite pentru lipire depinde de continutul de zinc, care trebuie sa fie totdeauna mai mic de

40 %. In cazul ca aliajul contine peste 40% Zn, imbinarile lipite devir fragile. Zincul mai are dezavantajul ca

fierbe la 913°C si ca incepe sa produca vapori nocivi incepand cu tempera-tura de 650°C. Impreuna cu

hidrogenul zincul produce porozitatea lipiturilor.

Cele mai raspindite sunt alamele de lipit cu continul de zinc sub 40 % si cu adaosuri de alte elemente de

aliere ca Sn, Si, Ag, Ni etc.

Cositorul (Sn) micsoreaza temperatura de topire a aliajului de lipit si imbunatateste fluiditatea sa. Siliciul in

cantitati mici (0,10,5 %) reduce tendinta de formare a porozitatilor deoarece micsoreaza solubilitatea

hidrogenului si impiedica arderea zincului. Elementele mentionate rnai actioneaza si ca dezoxidanti si

imbunatatesc proprietatile mecanice ale lipiturilor. Argintul in proportie pana la 15% mareste fluiditatea, reduce

concentratia gazelor retinute in metalul topit si imbunatateste conductibilitatea termica si electrica a lipiturilor.

Nichelul mareste rezistenta aliajului de lipit.

Alamele de lipit cu cca 60% Cu se pot utiliza pentru lipirea otelului, a cuprului si aliajelor de cupru cu

temperaturi de topire mai ridicate. Aceste aliaje de lipit au proprietati tehnologice bune si caracteristici

mecanice ridicate, putand fi folosite la toate procedeele de lipire industriale.

In tabelul 8 sunt aratate rezultatele obtinute cu cele mai uzuale aliaje de cupru folosite la lipirea otelului (Fe),

fontei (Fo), cuprului (Cu), nichelului (Ni) si alamei (Am). O conditie general valabila pentru lipirea cu aceste

aliaje este evitarea supraancalzirii metalului de adaos. Interstitiul (rostul) optim pentru lipire capilara cu aceste

aliaje este cuprins intre 0,1 si 0,35 mm.

Aliaje de argint

Aliajele de lipit pe baza de argint se utilizeaza pe scara larga cu toate ca sunt relativ scumpe, deoarece se

disting printr-o comportare buna la lipire, prin proprietati mecanice si electrice exceptionale, precum si printr-o

rezistenta ridicata la coroziune. Prin faptul ca permit reducerea temperaturii de lucru, dar mai ales micsorarea

la minim a interstitiilor capilare, aliajele de argint aduc economii importante de energie calorica, de material de

adaos si de manopera si sunt rentabile in special la fabricatia produselor de serie. In afara de argint aceste

aliaje mai contin cupru, zinc, staniu, cadmiu, fosfor, nichel, mangan, etc. Temperatura de topire a acestor aliaje

este cuprinsa intre 600 si 900°C, in functie de continutul de zinc si de argint.

26

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelorContinutul de argint variaza in limite largi, iar pe masura reducerii acestui continut se reduce ternperatura de

topire a aliajului si se mareste fragilitatea sa. Aliaje cu continut redus de argint se folosesc ca inlocuitori ai

alamelor de lipit in cazul cand trebuie micsorata temperatura de lucru.

Influenta individuala a elementelor de aliere este urmatoarea:

Sn - micsoreaza temperatura de topire si imbunatateste fluiditatea;

Si - reduce porozitatea si impiedica arderea zincului;

P - actioneaza ca dizolvant (in cazul lipirii cuprului nu trebuie utilizate fluxuri);

Cd - inlocuieste cuprul si reduce temperatura de topire, imbunatateste fluiditatea,

dar micsoreaza rezistenta lipiturii;

Mn - imbunatateste proprietatile mecanice;

Ni - imbunatateste proprietatile mecanice si rezistenta la coroziune;

Fe - mareste duritatea lipiturii;

Al - actioneaza asemanator ca siliciul;

Pb - mareste porozitatea daca depaseste 0,1 %.

Exista doua tipuri principale de aliaje de argint pentru lipire tare: aliaje Ag-Cu si aliaje Ag-Cu-Sn; cele mai

importante dintre acestea sunt cuprinse in tabelul 5 si 6. Aliajele din tabelul 5. se utilizeaza in domenii largi la

lipirea metalelor feroase si neferoase. Ele nu se recomanda la lipirea aluminiului si magneziului. Avand

conductibilitatea electrica buna, aliajele BF se utilizeaza la lipirea contactelor electrice. Aliajele din tabelul 6.

avand utilizari mai precis delimitate decat cele precedente, pentru aceste aliaje, sunt indicate in tabel si

domeniile de utilizare.

Aliajele de argint se potrivesc in special pentru lipirea capilara prin procedee de incalzire cu inductie, cu

rezistenta electrica si cu flacara, interstitiile capilare optime fiind cuprinse intre 0,03 si 0,2 mm. In tabelul 6

sunt aratate rezultatele obtinute cu cele mai raspandite aliaje de argint folosite la lipirea fierului (Fe), cuprului

(Cu) si otelului inoxidabil.

27

Tehnologia lipirii metalelor şi aliajelor