Co musisz wiedzieć o cynie do lutowania w laskach - przewodnik

Cyna do lutowania w laskach to podstawowa forma spoiwa w blacharstwie budowlanym, dekarstwie i blacharstwie samochodowym - wszędzie tam, gdzie pracuje się palnikiem na dużych elementach. Ten przewodnik dotyczy wyłącznie lutowania miękkiego, czyli procesów wykorzystujących spoiwa o temperaturze likwidusu poniżej 450°C, dostarczane w laskach trójkątnych o wymiarach 10 x 400 mm. Oznaczenia stopów podajemy zgodnie z dokumentacją producenta (DIN EN 29453); współczesnym punktem odniesienia dla klasyfikacji lutów miękkich jest norma EN ISO 9453. Na początek jedna uwaga terminologiczna: potocznie każde spoiwo do lutowania miękkiego nazywamy cyną i przy stopach zawierających ponad 50% Sn jest to określenie w pełni poprawne. Gdy w składzie przeważa ołów - jak w LC10 czy LC25 - formalnie mówimy o spoiwach na osnowie ołowiu. W tekście omawiamy wszystkie laski dostępne w ofercie armack: siedem stopów cynowo-ołowiowych i cztery spoiwa bezołowiowe, wraz z kryteriami doboru do metalu i zastosowania.

Dlaczego laski trójkątne - forma spoiwa a technika pracy

To samo spoiwo może być dostarczane w różnych postaciach i każda z nich odpowiada innej technice pracy:

Laska sprawdza się tam, gdzie liczy się wydajność: masa pojedynczego pręta pozwala prowadzić długi szew bez przerywania pracy, a sztywny odlewany profil utrzymuje spoiwo dokładnie w strefie grzania - bez rozwijania szpuli i bez ryzyka stopienia zapasu drutu w dłoni. Cienki drut z kolei topi się szybko, co jest zaletą przy lutownicy i precyzyjnych połączeniach, ale wadą przy palniku. Osobną kategorią pozostają połączenia kapilarne rur instalacyjnych - tam standardem jest drut ze wsparciem pasty lub czystego topnika, dobrany do szczeliny montażowej.

Skład decyduje o zachowaniu spoiwa

Podstawą większości lasek jest układ cyna-ołów. Czysta cyna topi się w temperaturze 232°C, natomiast eutektyczny stop cyna-ołów (61,9% Sn) topi się i krzepnie w stałej temperaturze 183,3°C. Co istotne dla praktyki: stopy Sn-Pb w bardzo szerokim zakresie składów zaczynają topnienie w tej samej temperaturze 183°C, a różni je temperatura końca topnienia. Między tymi punktami spoiwo pozostaje w stanie plastycznym - i właśnie szerokość tego zakresu decyduje, do czego dany stop się nadaje.

Wąski zakres krzepnięcia sprzyja rozpływności. LC60 (S-Sn60Pb40, 183-190°C) ma zakres krzepnięcia zaledwie 7°C - spoiwo szybko przechodzi w stan ciekły i daje cienkie, szczelne szwy, pod warunkiem prawidłowego przygotowania powierzchni, doboru topnika i właściwego nagrzania złącza. To dlatego jest podstawowym spoiwem do rynien i blach ocynkowanych.

Szeroki zakres krzepnięcia daje formowalność. LC25 (185-263°C, zakres 78°C) i LC30 (183-255°C, zakres 72°C) długo utrzymują konsystencję pasty. Taki stop można w trakcie stygnięcia formować i wypełniać nim ubytki - stąd zastosowanie LC25 przy cynowaniu karoserii, spawów i wgnieceń. Dodatkowy 1% antymonu w LC25 podwyższa twardość i wytrzymałość spoiwa. Szeroki zakres krystalizacji ma jednak rewers: sprzyja powstawaniu porów w lutowinie, co obniża wytrzymałość i szczelność połączenia. Niezależnie od stopu, poruszenie elementów w trakcie krzepnięcia prowadzi do nieciągłości i osłabienia złącza - element musi stygnąć nieruchomo.

Powyżej ok. 80% ołowiu solidus rośnie. LC10 (Pb90Sn10) zaczyna topnienie dopiero w 268°C - jako jedyne spoiwo z przeglądu nadaje się więc na elementy, które po zlutowaniu trafiają do pieca przy malowaniu proszkowym. O wyborze decyduje temperatura procesu wygrzewania, przy czym liczy się rzeczywista temperatura elementu i czas jego przebywania w piecu, z zachowaniem marginesu względem solidusu.

Spoiwa bezołowiowe - stopy Sn-Cu i Sn-Ag - mają wyższe temperatury pracy niż stopy ołowiowe: Sn97Ag3 221-240°C, Sn99,3Cu0,7 227-245°C, Sn97Cu3 230-250°C. W urządzeniach elektrycznych i elektronicznych objętych wymaganiami RoHS zawartość ołowiu jest ograniczona, z uwzględnieniem przewidzianych wyłączeń i zwolnień; w praktyce w większości takich zastosowań stosuje się spoiwa bezołowiowe. W blacharstwie i energotechnice, poza zakresem tych wymagań, stopy ołowiowe pozostają w użyciu.

Na koniec detal dotyczący czystej cyny: poniżej 13,2°C może ona stopniowo przechodzić w kruchą odmianę szarą - zjawisko znane jako zaraza cynowa. Szybkość procesu zależy od temperatury, czasu, czystości materiału i obecności dodatków stopowych; według literatury przedmiotu (T. Radomski, A. Ciszewski "Lutowanie") w lutach zawierających powyżej 5% ołowiu, 0,5% antymonu lub 0,1% bizmutu zjawisko to nie występuje. Dlatego czysta cyna jest spoiwem specjalnego przeznaczenia, a nie uniwersalnym.

Przegląd cyn w laskach z oferty armack

Wszystkie poniższe spoiwa dostarczane są w laskach trójkątnych o wymiarach 10 x 400 mm. Zakresy temperatur podano za kartami produktów.

Wspólny solidus 183°C większości stopów cynowo-ołowiowych nie oznacza ich zamienności - o przydatności spoiwa decyduje szerokość zakresu krzepnięcia oraz dopasowanie topnika do lutowanego metalu. Dobór topników do poszczególnych podłoży (cynk, ocynk, miedź, stal) omówiliśmy szczegółowo w przewodniku po topnikach do lutowania miękkiego - tutaj wskazujemy wyłącznie pary potwierdzone na kartach produktów.

Zastosowania branżowe - którą laskę wybrać

Metale spotykane w blacharstwie - blacha ocynkowana, cynk, tytan-cynk, miedź - różnią się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i to ten parametr, obok chemii powierzchni, jest głównym kryterium doboru spoiwa do lutowania miękkiego. Poniżej pary spoiwo-topnik potwierdzone w kartach produktów.

Dekarstwo i blacharstwo budowlane

Rynny, rury spustowe i opierzenia z blachy ocynkowanej lutuje się laską LC60 w zestawieniu z Płynem ZWN lub ZWS - krótki przedział krzepnięcia (183-190°C) daje cienkie, szczelne szwy na długich odcinkach orynnowania. Alternatywą dla cynku i ocynku jest LC50, pracująca z tymi samymi topnikami. Tytan-cynk wymaga pary LC40 + Płyn ZW-witt, a przy silnej patynie powierzchnię trzeba najpierw przygotować preparatem Zmywacz do patyny - bez tego topnik nie odsłoni metalicznie czystego podłoża i spoiwo nie zwilży blachy. Elementy z miedzi łączy się bezołowiową laską Sn97Cu3 (LC97) z Płynem CWK: połączenie o wysokiej trwałości i odporności na zrywanie. Elementy orynnowania przeznaczone do malowania proszkowego to z kolei domena LC10 - o doborze decyduje temperatura pieca lakierniczego.

Blacharstwo samochodowe - cynowanie karoserii

Cynowanie spawów, wżerów i wgnieceń to proces dwuetapowy. Najpierw pobielanie: Pastę WSN 25 nanosi się pędzlem na naprawiany element i przetapia palnikiem, uzyskując podkład cynowy. Właściwe cynowanie wykonuje się laską LC25. Kluczowy jest wspólny mianownik obu produktów: pasta WSN 25 zawiera 80% wag. proszku dokładnie tego samego stopu S-Pb74Sn25Sb1, z którego odlana jest laska - podkład i wypełnienie są metalurgicznie jednorodne. Szeroki przedział krzepnięcia LC25 (185-263°C) pozwala formować wypełnienie w stanie plastycznym, a 1% antymonu podnosi twardość i wytrzymałość naprawianej powierzchni. O samym procesie i o tym, dlaczego ta technika wypiera szpachlę, piszemy szerzej we wpisie "Cynowanie karoserii wraca do łask".

Budowa i serwis chłodnic

Do budowy i napraw chłodnic z miedzi i jej stopów karty produktów wskazują dwie laski: LC40 (183-235°C) i LC60 (183-190°C). Wybór wynika z techniki pracy - LC60 przy cienkich, szczelnych szwach, LC40 tam, gdzie przydaje się dłuższy stan plastyczny spoiwa. Stroną topnikową - Płynem CWK lub żelem C66, szczególnie na starym, utlenionym materiale - zajmuje się osobny artykuł o zastosowaniach płynu do lutowania miedzi.

Lutowanie aluminium

Spoiwo LC60 stosujemy do lutowania miękkiego aluminium, ale tylko w połączeniu z dedykowanym topnikiem, tj. armack Płyn ALU 33. Lutowanie miękkie nie jest łatwym procesem do przeprowadzenia. Nagrzewanie aluminium powoduje silne utlenianie się metalu, dlatego często płaskie powierzchnie udaje się lutować stosując starą metodę przez tzw. pocieranie. Nagrzanym grotem lutownicy pocieramy metal, usuwając tlenki. Pomaga nam w tym wskazany wyżej topnik. Jak aluminium osiągnie temperaturę płynięcia lutu, dodajemy go i rozprowadzamy po powierzchni.

Energotechnika, elektrotechnika i elektronika

W energotechnice laska LC60 służy do bielenia końcówek kabli - zgodnie z kartą produktu wszędzie tam, gdzie nie jest wymagana zgodność z RoHS. Gdy takie wymagania obowiązują, wybór zawęża się do spoiw bezołowiowych: Sn99,3Cu0,7 (227-245°C) i Sn97Ag3 (221-240°C), przeznaczonych do elektroniki i elektrotechniki przemysłowej, samochodowej oraz telekomunikacyjnej. Przy drobnym montażu ręcznym wygodniejszą formą od laski jest drut rdzeniowy BF32-1 z topnikiem kalafoniowym - laski sprawdzają się przy większych przekrojach i pobielaniu. Szerzej o tej grupie spoiw piszemy we wpisie "Luty bezołowiowe: zalety i zastosowanie".

Metaloplastyka, witrażownictwo i przemysł oświetleniowy

W metaloplastyce do miedzi i jej stopów stosuje się LC60, a przy wymogu spoiwa bezołowiowego - Sn97Cu3 lub Sn97Ag3. W witrażownictwie - zarówno w technice Tiffany, jak i klasycznej na profilach ołowianych - wygodniejsza od laski jest forma okrągłego pręta: LC60 w prętach 4,0 mm, dopasowana do pracy lutownicą. Przemysł oświetleniowy wykorzystuje LC30 i LC90, obie laski również do pobielania elementów, oraz LC10 - dzięki najwyższemu solidusowi (268°C) - tam, gdzie zlutowany element pracuje w podwyższonej temperaturze.

Czego cyną w laskach się nie lutuje

Granice zastosowań są równie ważne jak sama oferta:

Instalacje wody pitnej i c.o. - w połączeniach kapilarnych rur miedzianych stop S-Sn97Cu3 jest jak najbardziej właściwy, ale standardem jest tu spoiwo w postaci drutu, dobrane do szczeliny montażowej i stosowane z właściwym topnikiem: Lut miękki nr 3 w parze z pastą lutowniczą z cyną. Laska o przekroju 10 mm jest do takiego dozowania niepraktyczna. Spoiwa ołowiowe są w instalacjach wody pitnej niedopuszczalne. Technikę opisujemy we wpisie "Profesjonalne lutowanie rur - klucz do szczelnych połączeń".

Instalacje gazowe - lutów miękkich nie wolno stosować do instalacji gazowych; te lutuje się wyłącznie lutem twardym.

Chłodnictwo sprężarkowe, klimatyzacja i solary - w typowych instalacjach stosuje się lutowanie twarde, czyli spoiwa o temperaturze topnienia powyżej 450°C, ze względu na ciśnienie, temperaturę pracy i drgania. Połączenia lutowane miękko mają ograniczoną wytrzymałość i temperaturę pracy.

Jedno doprecyzowanie: 3% srebra w składzie Sn97Ag3 nie czyni z niego lutu twardego srebrnego. Jego likwidus pozostaje zdecydowanie poniżej granicy 450°C, więc jest to spoiwo do lutowania miękkiego; luty twarde srebrne to osobna kategoria, opisana we wpisie "Czym jest srebro do lutowania?".

Najczęstsze błędy przy pracy z cyną w laskach

Podsumowanie: dobór cyny w laskach w trzech pytaniach

Po pierwsze: jaki metal? Ocynk i cynk - LC60 lub LC50 z płynami ZWN/ZWS; tytan-cynk - LC40 z ZW-witt; miedź - Sn97Cu3 z CWK. Po drugie: jaka technika? Szczelny szew wymaga krótkiego przedziału krzepnięcia, wypełnianie i cynowanie - długiego stanu plastycznego, a element trafiający do pieca lakierniczego - wysokiego solidusu. Po trzecie: jakie wymogi formalne? Tam, gdzie obowiązują ograniczenia zawartości ołowiu, wybór zawęża się do spoiw bezołowiowych. Pełną ofertę spoiw w laskach trójkątnych znajdziesz w kategorii lutów miękkich armack, a przy nietypowych połączeniach warto skonsultować dobór spoiwa i topnika przed rozpoczęciem prac.