Lemljeni i lepljeni spojevi

1. Lemljeni spojevi

1.1. Definicija

Lemljenje je proces spajanja dva ili više metalnih delova pomoću dodatnog materijala (lema) koji ima nižu tačku topljenja od osnovnog materijala. Lem se topi i popunjava prostor između delova, stvarajući vezu putem adhezije i difuzije, bez topljenja osnovnog materijala. Prema radnoj temperaturi, lemljenje se deli na:

• Meko lemljenje: Temperature ispod 450°C (npr. lemovi na bazi olova ili kalaja).

• Tvrdo lemljenje: Temperature iznad 450°C (npr. lemovi na bazi srebra ili bakra).

Slika 1. Meko i tvrdo lemljenje

Bolji rezultati pri lemljenju se postižu primenom „topitelja“ (prašak, pasta za lemljenje) ili zaštitne atmosfere u kojoj se vrši lemljenje. Lemilicom se lem rastapa dok je u kontaktu sa lemnim mestom. Rastopljeni lem natapa spoj, lemilica se povlači, a lem posle hlađenja obrazuje električnu i mehaničku vezu komponenti spoja. Lem mora imati temperaturu topljenja najmanje 50°C nižu od temperature topljenja osnovnog materijala.

1.2. Vrste lemljenih spojeva

• Čeoni spojevi: Delovi su poravnati, lem popunjava mali zazor.

• Preklopni spojevi: Delovi se preklapaju, često za veću čvrstoću.

• Kapilarni spojevi: Lem popunjava uski zazor kapilarnim delovanjem, uobičajeno u cevima.

• Spojevi sa podmetačem: Dodatni element za pojačanje veze.

1.3. Materijali

• Osnovni materijali: Čelik, bakar, aluminijum, nerđajući čelik, mesing.

• Lemovi:

  • Meki: Olovo-kalaj (Sn-Pb), kalaj-srebro (Sn-Ag), bez olova (Sn-Cu).

  • Tvrdi: Srebro-bakar (Ag-Cu), bakar-fosfor (Cu-P).

• Fluks: Uklanja okside i poboljšava tečenje lema (npr. boraks, smola).

1.4. Metode lemljenja

• Plameno lemljenje: Koristi plamen (npr. propan-kiseonik).

• Indukciono lemljenje: Elektromagnetno zagrevanje, precizno.

• Pećno lemljenje: Kontrolisana atmosfera, za masovnu proizvodnju.

• Električno (otporno) lemljenje: Za male spojeve, npr. Elektronika.

Na slici 2 je dat postupak formiranja zalemljenog spoja, kao i šematski prikaz dobrog i loših lemova

Slika 2. Postupak formiranja lema (a) i primeri lemova (b)

• A – Dobar lem

• B – Premalo kalaja

• C – Nedovoljno zagrevanje – kalaj se nije spustio

• D – Nedovoljno zagrevanje i višak kalaja

• E – Višak kalaja. Lem nije loš ali višak kalaja može da smeta

• F – Pregrejan spoj. Došlo je do odlemljivanja

• G – Kratak spoj izmedju dva lema

• H – Nezalemljen spoj

1.5. Prednosti i nedostaci

Prednosti:

• Pogodno za različite materijale (metali, nemetali).

• Niske temperature, manje deformacija nego kod zavarivanja.

• Visoka preciznost, idealno za elektroniku i cevne sisteme.

• Tesnost spojeva (npr. vodovodne cevi).

Nedostaci:

• Niža čvrstoća u poređenju sa zavarenjem.

• Osetljivost na visoke temperature u radu.

• Potreba za čistim površinama i fluksom.

1.6. Primene

• Elektronika: Lemljenje komponenti na pločama (npr. SMT tehnologija).

• Vodovod: Spajanje bakarnih cevi.

• Aviacija i automobilska industrija: Tvrdo lemljenje za lake legure.

• Nakit: Precizno spajanje metala.

2. Lepljeni spojevi

2.1. Definicija

Lepljeni spojevi koriste lepkove (adhezive) za spajanje delova putem hemijske ili mehaničke veze. Lepak stvara čvrstu adheziju između površina, bez potrebe za topljenjem materijala. Prema ISO 10447, lepljenje je pogodno za metale, plastike, kompozite i nemetale.

2.2. Vrste lepljenih spojeva

• Preklopni spojevi: Najčešći, za veću površinu lepljenja.

• Čeoni spojevi: Retki, zbog male čvrstoće.

• Sendvič spojevi: Za kompozitne strukture.

• Hibridni spojevi: Kombinacija lepljenja sa zakovicama ili vijcima.

2.3. Materijali

• Osnovni materijali: Čelik, aluminijum, plastika, drvo, staklo, kompoziti.

• Lepkovi:

  • Epoksidni: Visoka čvrstoća, za konstrukcije.

  • Akrilni: Brzo vezivanje, za razne materijale.

  • Poliuretanski: Fleksibilni, za vibracije.

  • Cijanokrilatni: Brzo lepljenje malih površina.

• Priprema površine: Čišćenje, brušenje ili hemijska obrada za bolju adheziju.

2.4. Metode lepljenja

• Ručno nanošenje: Četkom ili pištoljem, za male serije.

• Automatsko nanošenje: Dozirni sistemi za masovnu proizvodnju.

• Vakuumsko lepljenje: Za kompozite u avijaciji.

• Termičko ili UV očvršćavanje: Za brzo stvrdnjavanje lepka.

2.5. Proračuni čvrstoće

Lepljeni spojevi se projektuju za smicajne napone, jer su otporni na smicanje, ali slabi na zatezanje:

• Napon smicanja: količnik sile i zalepljene površine. Dozvoljeni napon zavisi od vrste lepka pa je na primer τdoz10–30 MPa za epoksidne lepkove.

• Lom na odlepljivanje (peel stress): Kritičan za preklopne spojeve, računa se korišćenjem softvera (npr. FEA) zbog složene distribucije.

• Primer: Za epoksidni lepak, (l = 50) mm, (w = 20) mm, τdoz = 20 MPa: [ F = 20 * 50 * 20 = 20,000 N ]

• Faktor sigurnosti: Obično 2–5, zbog osetljivosti na zamor i starenje lepka.

2.6. Prednosti i nedostaci

Prednosti:

• Pogodno za različite materijale (metali, plastike, kompoziti).

• Nema termičkih deformacija.

• Ravnomerna raspodela napona.

• Lakoća i estetika spoja.

Nedostaci:

• Ograničena čvrstoća u odnosu na zavarivanje.

• Osjetljivost na vlagu, temperaturu i starenje.

• Potreba za preciznom pripremom površine.

2.7. Primene

• Aviacija: Lepljenje kompozitnih panela (npr. karbonska vlakna).

• Automobilska industrija: Strukturno lepljenje karoserije.

• Elektronika: Fiksiranje komponenti.

• Građevinarstvo: Spajanje stakla, plastike ili fasadnih elemenata.

3. Poređenje lemljenih i lepljenih spojeva

4. Praktični saveti

• Lemljenje: Očistite površine i koristite odgovarajući fluks. Kontrolišite temperaturu da izbegnete pregrevanje.

• Lepljenje: Pripremite površine (čišćenje, brušenje). Testirajte lepak za specifičnu primenu i uslove (vlaga, temperatura).