Richard E. Ballentine

Uwaga: Ten artykuł został zaadaptowany z wersji, która pierwotnie ukazała się w wydaniu magazynu Welding Journal z października 1994 r

Prawdopodobnie najpowszechniej stosowanym spoiwem lutowniczym jest stop miedzi i fosforu, często z dodatkiem srebra jako trzeciego pierwiastka.  Rola srebra w tych stopach jest często błędnie rozumiana.

Zarówno fosfor jak i srebro mają znaczący wpływ na właściwości tych metali wypełniających.  Z tych dwóch, jednak, fosfor jest, zdecydowanie, bardziej silny.  Średnio, 1% fosforu obniża temperaturę ciekłości (punkt, w którym stop jest całkowicie stopiony) o 100 do 120°F.  Z drugiej strony, 1% srebra obniży tę temperaturę tylko o 10 do 15°F.

Powszechne założenie, że dodatek srebra do fosforowo-miedzianych metali wypełniających poprawia plastyczność jest fałszywe.  Zmniejszenie zawartości fosforu poprawia plastyczność.  Fakt, że dodanie srebra w ilości wystarczającej do obniżenia zakresu topnienia pozwala na zmniejszenie zawartości fosforu, utrwalił ten mit.

Dodatek srebra w znacznych ilościach ma również tendencję do poszerzania zakresu topnienia przy zmniejszeniu zawartości fosforu.  Ta cecha umożliwia operatorowi łatwiejsze wypełnianie większych szczelin niż w przypadku bardziej płynnych stopów miedzi i fosforu.

Wysoka cena rynkowa srebra spowodowała, że wielu użytkowników poszukuje materiałów lutowniczych o niższej zawartości srebra niż tradycyjny stop srebra o zawartości 15%.  Stop o zawartości 6% srebra i około 6% fosforu, nasz Dynaflow®,  zdobył dużą część tego rynku.  Wykazuje on podobne właściwości jak stop 15%, przy prawie takim samym zakresie topnienia, ale przy znacznie niższych kosztach.

Z biegiem lat przemysł wprowadził stopy fosforowo-miedziane zawierające nawet 1% srebra, ale korzyści płynące z zastosowania tych stopów o niższej zawartości srebra są w najlepszym wypadku wątpliwe.  Większość z tych stopów o niskiej zawartości srebra wykazują bardzo mało, jeśli w ogóle, korzyści w porównaniu do stopów o 0% zawartości srebra.  Założenie, że są one bardziej plastyczne jest bezpodstawne, chyba że zawartość fosforu jest zmniejszona.

Użytkownicy mieliby znacznie lepsze pojęcie o tym, jak działa konkretny skład, gdyby numer identyfikacyjny wskazywał zawartość fosforu zamiast zawartości srebra.  Amerykańskie Towarzystwo Spawalnicze (AWS) przyjęło metodę, w której numery nie oznaczają ani srebra, ani fosforu, lecz odnoszą się do stopu o określonej zmianie chemicznej.  AWS wzywa również branżę do przyjęcia terminu "lut twardy" i unikania terminu "lut srebrny".

Podczas gdy zarówno fosfor, jak i srebro mają tendencję do zmniejszania plastyczności w miedzi, jest to głównie zmartwienie producenta, ponieważ stopy te są trudne do wytworzenia.  Użytkownicy tych metali wypełniaczy są, lub powinni być, bardziej zainteresowani charakterystyką złącza.  Mocne, plastyczne spoiny można wykonać przy użyciu stosunkowo kruchych metali, jeśli inne czynniki są odpowiednio kontrolowane.

Lutowanie twarde wymaga, aby metal wypełniający płynął w kapilarze pomiędzy dwoma ściśle dopasowanymi metalami podstawowymi, które mają być połączone.  W przypadku stopów fosforowych - metalami tymi są zazwyczaj miedź lub mosiądz, a integralność złącza zależy od wielu czynników, oprócz wyboru metalu wypełniającego.  Jednym z najważniejszych jest konstrukcja złącza i grubość kapilary.  Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy wykonać połączenie na zakładkę, a nie doczołowo.  Wypełniacz musi być kompatybilny z metalem bazowym, zwilżać go i przylegać do niego.

Temperatura, w której płynie metal wypełniacza i umiejętności operatora w dodawaniu metalu wypełniacza w odpowiedniej temperaturze są ważne.  Właściwe oczyszczenie metalu bazowego przed lutowaniem i unikanie nadmiernego utleniania podczas podgrzewania są czynnikami wpływającymi na integralność złącza.

Wszystkie czynniki wpływające na integralność złącza muszą być odpowiednio kontrolowane, aby zapewnić niezawodność połączenia lutowanego.

Inteligentny wybór odpowiedniego metalu wypełniającego przyniesie duże korzyści zarówno pod względem czasu jak i pieniędzy.

Dick Ballentine, obecnie nieżyjący, pracował dla Harris Products Group przez 20 lat, ostatnio na stanowisku Dyrektora ds. Przed dołączeniem do Harris, Ballentine spędził 40 lat w Westinghouse Electric. Był kierownikiem zakładu produkcji wyrobów lutowniczych, gdzie zajmował się badaniami nad składem i topieniem fosforowo-miedzianych stopów lutowniczych. Ballentine był właścicielem ośmiu patentów związanych z procesami i zastosowaniami lutowania twardego i miękkiego.  Był aktywnym członkiem komitetu AWS C3 Brazing Committee i przyczynił się do powstania pierwszego i kolejnych wydań "Brazing Handbook". W 1998 roku Ballentine otrzymał honorowy tytuł AWS "Fellow" za zasługi dla przemysłu.