W ostatnich latach zauważyć można rozwój tych technologii spajania, które jeszcze do niedawna uważane były za mniej znaczące. Spowodowane jest to zapotrzebowaniem na łączenie niekonwencjonalnych materiałów o szczególnych właściwościach. Do technologii tych można zaliczyć lutowanie, które jest bardzo często jedyną metodą spajania materiałów różniących się składem chemicznym i właściwościami fizycznymi.
Lutowanie to proces łączenia materiałów (metali i niemetali), który zapewnia połączenie o fizycznej ciągłości, wykonane spoiwem (lutem) o temperaturze topnienia niższej od temperatury topnienia materiałów łączonych, które jest dostarczane do szczeliny złącza przez wnikanie kapilarne. W porównaniu do spawania, podczas procesu lutowania nie zachodzi przetapianie brzegów łączonych materiałów.
Podział procesu na lutowanie miękkie i lutowanie twarde określone jest w zależności od temperatury topnienia zastosowanego spoiwa (lutu). Lutowanie twarde prowadzone jest przy użyciu lutów o temperaturze topnienia wyższych od 4500C.
Stosując lutowanie w procesach produkcji odpowiedzialnych wyrobów, wytwórca powinien posiadać udokumentowaną i uznaną technologię lutowania a także odpowiednio wykwalifikowany personel wykonujący ten proces. Lutowanie twarde zaliczane jest do procesów specjalnych, dlatego wykwalifikowany personel jest jednym z kluczowych elementów każdego systemu jakości.
Kwalifikowanie lutowaczy i operatorów lutowania twardego przeprowadza się zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO 13585. W normie tej zostały określone podstawowe wymagania dotyczące egzaminowania lutowaczy i operatorów lutowania twardego takie jak: warunki lutowania, wymagane badania i sposób egzaminowania, kryteria akceptacji wykonanych połączeń oraz zakres kwalifikacji do świadectw. Należy dodać, że niniejsza norma nie ma zastosowania w zakresie lutowania twardego w lotnictwie.
Zgodnie z definicją – lutowacz lutowania twardego – to osoba, która trzyma i ręcznie manipuluje urządzeniem do nagrzewania obszaru poddanego lutowaniu twardemu, natomiast – operator lutowania twardego – to osoba, która ma bezpośredni wpływ na jakość złącza poddanego lutowaniu poprzez przygotowanie złącza i nastawienie urządzenia lutowniczego (np. zmechanizowane uchwyty palnika, piece, kąpiele solne, urządzenia indukcyjne).
Kwalifikowanie, według normy PN-EN ISO 13585, oparte zostało na zmiennych zasadniczych proces lutowania. Dla każdej zmiennej określony jest zakres kwalifikacji, co oznacza, że lutowanie prowadzone poza tym zakresem wymaga przeprowadzenia nowego egzaminu kwalifikacyjnego.
Podstawowe zmienne zasadnicze określone dla procesów 912 oraz 916 (numer referencyjny zgodny z normą PN-EN ISO 4063), to:
Dla innych procesów wyszczególnionych w punkcie 5.2 normy PN-EN ISO 13585 (z wyjątkiem zmiennej: proces lutowania twardego) zakres kwalifikacji dla wyszczególnionych zmiennych jest nieograniczony.
Proces lutowania twardego
Każdy egzamin kwalifikacyjny kwalifikuje jeden proces lutowania twardego, zmiana procesu lutowania wymaga nowego egzaminu kwalifikującego.
911 – lutowanie twarde promieniowaniem podczerwonym
912 –lutowanie twarde płomieniowe
913 – lutowanie twarde laserowe
914 – lutowanie twarde elektronowe
916 – lutowanie twarde indukcyjne
918 – lutowanie twarde rezystancyjne
919 – lutowanie twarde dyfuzyjne
921 – lutowanie twarde piecowe
922 – lutowanie twarde próżniowe
923 – lutowanie twarde kąpielowe
924 – lutowanie twarde w kąpieli solnej
925 – lutowanie twarde w kąpieli topnikowej
926 – lutowanie twarde zanurzeniowe
Procesy lutowania twardego zdefiniowane zostały w normie ISO 857-2, zgodnie z numerami referencyjnymi określonymi w normie PN-EN ISO 4063. Zasady omawianej normy mogą być zastosowane również do innych procesów lutowania twardego.
Rodzaj wyrobu
Rodzaj wyrobu złącza próbnego oraz zakres kwalifikacji podzielony został na: blachę (P) oraz rurę (T):
| Rodzaj wyrobu złącza próbnego | Zakres kwalifikacji |
| Blacha | Blacha |
| Rura | Rura |
Rodzaj złącza
Rodzaj złącza próbnego oraz odpowiadający zakres kwalifikacji podzielony został na: złącze doczołowe (B) oraz złącze zakładkowe (O):
| Rodzaj złącza próbnego | Zakres kwalifikacji |
| Złącze doczołowe | Złącze doczołowe |
| Złącze zakładkowe | Złącze zakładkowe |
Grupa(y) materiału podstawowego
Materiały podstawowe oznaczone zostały literami od A do F, stosując system grupowania zgodnie z ISO/TR 15608.
Zastosowana podczas egzaminu grupa materiału podstawowego, kwalifikuje materiały w zakresie tej samej grupy materiałowej, jak również innych grup materiałowych:
| Grupa materiałowa
wg ISO/TR 15608 |
Oznaczenie | Złącze próbne | Zakres kwalifikacji |
| 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 11 | A | A – A | A – A |
| 7, 8, 10 | B | B – B | A – A, B – B, A – B |
| 21, 22, 23 | C | C – C | C – C |
| 31-34, 37, 38 | D | D – D | D – D |
| 41-45 | E | E – E | E – E |
| 51-54 | F | F – F | F – F |
| Złącza różnoimienne | A – B | A – A, A – B | |
| D – A | D – A | ||
| D – B | D – A, D – B | ||
| D – E | D – E | ||
| E – A | E – A | ||
| E – B | E – A, E – B | ||
Rodzaj spoiwa do lutowania twardego
W przypadku rodzaju spoiwa zastosowanego podczas egzaminu, kryterium klasyfikacji jest jego osnowa według klasy wyszczególnionej w PN-EN ISO 17672, co oznacza możliwość zastosowania innych rodzajów spoiw w zakresie tej samej klasy bez konieczności nowego egzaminu.
| Rodzaje spoiw do lutowania twardego | |
| Klasa Al | Al-Si |
| Al-Si-Cu | |
| Al-Si-Mg | |
| Al-Si-Zn | |
| Mg | |
| Klasa Ag | Ag-Cu-Zn-Sn |
| Ag-Cu-Zn | |
| Ag-Cu-Zn-Cd | |
| Ag-Cu-Zn-Ni-Mn | |
| Klasa CuP: | CuP |
| Ag-CuP | |
| CuSn-Si-Sb | |
| Klasa Cu: | Cu |
| Cu-Ag | |
| Cu-Ni | |
| Cu-Sn | |
| Cu-Si-Mn | |
| Cu-Al | |
| Cu-Mn-Ni | |
| Klasa Ni: | Ni-Cr-B |
| Ni-Si-B | |
| Ni-Cr-Si | |
| Ni-W-Cr | |
| Ni-P | |
| Ni-Mn-Si-Cu | |
| Ni-Cr-B-Si-Cu-Mo-Nb | |
| Co-Ni-Si-W | |
| Klasa Pd: | — |
| Klasa Au: | — |
Sposób dozowania spoiwa
Rozróżnia się dwa sposoby dozowania spoiwa stosowane podczas egzaminu: przez podanie na powierzchnie czołowe (FF) lub przez umieszczenie przed lutowaniem (PP), w zależności od zastosowanego sposobu, określone zostały zakresy kwalifikacji:
| Sposób dozowania spoiwa przy wykonaniu złącza próbnego | Zakres kwalifikacji |
| Podawany na powierzchnie czołowe | Podawany na powierzchnie czołowe
Umieszczony przed lutowaniem |
| Umieszczony przed lutowaniem | Umieszczony przed lutowaniem |
Wymiany zasadnicze
Egzamin kwalifikacyjny oparty jest na wymiarach zasadniczych takich jak: grubość materiału, średnica zewnętrzna rury, długość zakładki. Dla każdego z tych wymiarów określone zostały zakresy kwalifikacji:
| Wymiary | Złącze próbne | Zakres kwalifikacji |
| Grubość materiału: t (mm) | t < 3 | od 0,5xt do 2xt |
| 3 ≤ t ≤ 10 | od 1,5 do 2xt | |
| > 10 | od 5 do 2xt | |
| Średnica zewnętrzna rury: D (mm) | D | ≤ D |
| Długość zakładki: L (mm) | L | ≤ L |
W przypadku złącza próbnego o różnej grubości elementów, zakres kwalifikacji jest wyznaczany osobno dla grubości każdego elementu złącza. Gdy złącze próbne składa się z elementów o różnej średnicy zewnętrznej rury i różnej grubości materiału, zakres kwalifikacji jest następujący: od najmniejszej do największej zastosowanej średnicy rury oraz od najmniejszej do największej grubości materiału podstawowego.
Kierunek płynięcia stopiwa
Przyjęte zostały trzy kierunki płynięcia spoiwa w złączu próbnym, w zależności od których, określone zostały możliwe zakresy kwalifikacji:
| Rysunek | Kierunek płynięcia spoiwa
w złączu próbnym |
Zakres kwalifikacji |
| Płynięcie w kierunku
poziomym (H) |
Płynięcie w kierunku poziomym i pionowym z góry na dół | |
| Płynięcie w kierunku pionowym
z góry na dół (VD) |
Płynięcie w kierunku pionowym
z góry na dół |
|
| Płynięcie w kierunku pionowym
z dołu do góry (VU) |
Wszystkie kierunki płynięcia |
Stopień mechanizacji
Lutowanie twarde wykonane w sposób zmechanizowany kwalifikuje inne stopnie mechanizacji:
| Sposób mechanizacji lutowania twardego złącza próbnego | Zakres kwalifikacji |
| Ręczny | Ręczny i zmechanizowany |
| Zmechanizowany | Zmechanizowany |
Gdy podczas lutowania złącza egzaminacyjnego proces jest zmechanizowany to zakres kwalifikacji ograniczony jest tylko do procesu i zastosowanego sprzętu.
Lutowanie twarde złącza próbnego powinno odbyć się w obecności egzaminatora lub przedstawiciela jednostki egzaminującej, który jednocześnie weryfikuje wyniki badań. Egzamin powinien przebiegać zgodnie z przygotowaną zgodnie z normą PN-EN 13134, instrukcją pBPS (Wstępna Instrukcja Technologiczna Lutowania Twardego) lub BPS (Instrukcja Technologiczna Lutowania Twardego) oraz jego czas powinien odpowiadać czasowi wykonania złącza w normalnych warunkach produkcyjnych.
Złącze próbne może być dowolnej konstrukcji, jednak jego konstrukcja powinna odpowiadać i być związana z przyszłą wykonywaną pracą.
Informacyjnie, w załączniku C normy PN-EN ISO 13585, przedstawione zostały przykłady złączy próbnych, które mogą być zastosowane podczas egzaminu lutowaczy i operatorów:
Dla każdego złącza próbnego należy przeprowadzić badania wizualne oraz co najmniej jedno z wymienionych badań: badanie ultradźwiękowe, badanie radiograficzne, próbę odrywania, badanie mikroskopowe, badanie na zginanie. Badania nieniszczące oraz niszczące powinny być wykonane zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12799. Koniecznym może być przeprowadzenie dodatkowych badań i kontroli w zależności od wymagań stawianych przez normę wyrobu lub umowę między stronami. Jeżeli nie zostało to określone inaczej, złącze powinno spełniać poziom jakości B według normyPN-EN ISO 18279, a żadna wykryta niezgodność nie może przechodzić na wskroś na całej długości złącza. Gdy wynik jakiegokolwiek wykonanego badania nie spełnia przyjętego poziomu jakości to lutowacz lub operator lutowania ma jednorazową szansę powtórzenia egzaminu bez dodatkowego szkolenia.
Początek uprawnień rozpoczyna się z datą wykonania lutowania złącza próbnego, jednakże uprawnienie nie jest ważne dopóki nie zakończą się z wynikiem pozytywnym wszystkie wymagane badania. Okres ważności uprawnień wynosi 3 lata pod warunkiem: ciągłości pracy w zakresie swoich uprawnień zgodnie z warunkami technicznymi (przerwa nie dłuższa niż 6 miesięcy), brak powodów kwestionowania umiejętności i wiedzy lutowacza lub operatora lutowania twardego. Spełnienie tych warunków powinno być potwierdzane co 6 miesięcy podpisem na świadectwie osoby odpowiedzialnej ze strony pracodawcy.
Dla każdego złącza próbnego należy przeprowadzić badania wizualne oraz co najmniej jedno z wymienionych badań: badanie ultradźwiękowe, badanie radiograficzne, próbę odrywania, badanie mikroskopowe, badanie na zginanie. Badania nieniszczące oraz niszczące powinny być wykonane zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12799. Koniecznym może być przeprowadzenie dodatkowych badań i kontroli w zależności od wymagań stawianych przez normę wyrobu lub umowę między stronami. Jeżeli nie zostało to określone inaczej, złącze powinno spełniać poziom jakości B według normyPN-EN ISO 18279, a żadna wykryta niezgodność nie może przechodzić na wskroś na całej długości złącza. Gdy wynik jakiegokolwiek wykonanego badania nie spełnia przyjętego poziomu jakości to lutowacz lub operator lutowania ma jednorazową szansę powtórzenia egzaminu bez dodatkowego szkolenia.
TÜV Thüringen uczestniczy w procesie kwalifikowania lutowaczy i operatorów lutowania twardego jako Jednostka Notyfikowana (NoBo: 0090). Świadectwo lutowacza lub operatora lutowania twardego wystawiane przez naszą Jednostkę potwierdza spełnienie zasadniczych wymagań w odniesieniu do personelu wykonującego połączenia nierozłączne, które zawarte są w Załączniku I, punkt 3.1.2 – Dyrektywy Ciśnieniowej 2014/68/UE.
Bibliografia:
[1] „Lutowanie w budowie maszyn”, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2017, J. Nowacki, M. Chdziński, P. Zmitrowicz
[2] Makroskopowe i mikroskopowe badania metalograficzne materiałów konstrukcyjnych i ich połączeń spajanych”, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2009, praca pod redakcją M. Łomozika
[3] „Jakość w lutowaniu twardym i lutospawaniu – kwalifikowanie technologii i personelu, metody badań”, Przegląd Spawalnictwa Vol. 88 9/2016, A. Winiowski, D. Majewski
[4] PN-EN ISO 13585:2012 „Lutowanie twarde. Kwalifikowanie lutowaczy i operatorów lutowania twardego”
[5] PN-EN ISO 4063:2011 „Spawanie i procesy pokrewne. Nazwyinumeryprocesów”
[6] ISO 857-2:2005 „Welding and allied processes – Vocabulary – Part 2: Soldering and brazing processes and related terms”
[7] ISO/TR 15608:2017 „Welding – Guidelines for a metallic materials grouping system”
[8] PN-EN ISO 17672:2016-12 „Lutowanie twarde. Spoiwa”
[9] PN-EN 13134:2004 „Lutowanie twarde. Uznawanie technologii”
[10] PN-EN 12799:2003/A1:2005 „Lutowanie twarde. Badania nieniszczące złączy lutowanych na twardo”
[11] PN-EN ISO 18279:2008 „Lutowanie twarde. Niezgodności w złączach lutowanych na twardo
Źródło: TÜV Thüringen Polska Sp. z o.o.
