Lutowanie twarde i miękkie metali

Charakterystyka, podstawowe pojęcia i definicje
Lutowanie jest jedną z trzech, oprócz spawania i zgrzewania, metod trwałego (nierozłącznego)  łączenia (spajania)  materiałów  konstrukcyjnych z wykorzystaniem bardzo różnorodnych źródeł energii. Najbardziej charakterystyczną cechą lutowania, odróżniającą tę metodę od spawania i zgrzewania, jest łączenie materiałów w stanie stałym. Możliwość uzyskania połączeń o fizycznej ciągłości w stosunkowo niskich temperaturach zadecydowała o historycznym rozwoju lutowania i nadal jest jej podstawowym atutem.

Decydują o tym następujące jej możliwości:

• ominięcie,  niekiedy bardzo złożonych i trudnych do spełnienia, uwarunkowań metalurgiczno-technologicznych łączenia metali i ich stopów innymi metodami spajania,
• bardzo duży zakres temperatury procesu lutowania (od ok. 100 do ok. 1400°C) w zależności od wymaganych właściwości eksploatacyjnych połączeń,
• duża różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych złączy lutowanych,
• łączenie ze sobą prawie wszystkich metali i stopów konstrukcyjnych, a także materiałów o bardzo zróżnicowanych właściwościach fizyczno--chemicznych,
• łączenie metali z niemetalami, np. metali z ceramiką i materiałami węglowymi,
• łączenie elementów o zróżnicowanych kształtach i wymiarach, dużych powierzchniach itp.,
• uzyskiwanie połączeń o specjalnych właściwościach eksploatacyjnych (przewodność elektryczna, przewodność cieplna, odporność na korozję, szczelność, wysoka estetyka itp.) z wymaganą wytrzymałością, niekiedy zbliżoną do wytrzymałości materiałów łączonych,
• wykonywanie w jednej operacji wszystkich połączeń w podzespołach  o złożonej postaci konstrukcyjnej,
• zachowanie wymaganych tolerancji wymiarowych w polutowanych elementach przez ograniczenie występowania naprężeń wewnętrznych i odkształceń,
• łatwość mechanizacji i automatyzacji procesów lutowania.

Lutowanie - metoda łączenia (spajania), w której na skutek nagrzewania, roztopione spoiwo wypełnia (wpływa i/lub pozostaje) przestrzeń miedzy ściśle dopasowanymi powierzchniami elementów łączonych w wyniku oddziaływania sił kapilarnych. Spoiwa zawsze mają temperaturę likwidus niższą od temperatury solidus materiałów podstawowych oraz odmienny skład chemiczny. Metoda ta jest głównie stosowana do metali, lecz może być też stosowana do materiałów niemetalicznych.

Klasyfikacja i charakterystyka metod lutowania
W zależności od temperatury topnienia spoiw lutowanie dzieli się na: miękkie - wykonywane lutami o temperaturze topnienia do 450°C (723 K) i twarde - wykonywane lutami o temperaturze topnienia powyżej 450°C (723 K). Spotyka się również jako wydzielone w tej klasyfikacji  twarde lutowanie wysokotemperaturowe, z użyciem lutów o temperaturach topnienia powyżej 1000°C (1223 K).
W zależności od metalurgii procesów lutowanie dzieli się na: topnikowe, z użyciem topników lutowniczych, i beztopnikowe, obejmujące lutowanie w atmosferach kontrolowanych i próżni, lutowanie lutami samozwilżającymi (luty zawierające skuteczne odtleniacze) i lutowanie z mechanicznym usuwaniem tlenków z łączonych materiałów (przez pocieranie lub z użyciem fal ultradźwiękowych). Osobno są klasyfikowane: lutowanie reakcyjne, zwane też chemicznym i dyfuzyjne. Lutowanie  reakcyjne, które jest odmianą miękkiego lutowania topnikowego, jest stosowane przede wszystkim do łączenia aluminium. W procesie tym spoiwo cynowo-cynkowe powstaje w trakcie podgrzewania (najczęściej płomieniowego) w wyniku reakcji aluminium z chlorkami cyny i cynku,  zawartymi w specjalistycznym topniku. Metoda ta jest również stosowana do cynowania stali i tytanu, jednak niezbyt często ze względu na uciążliwość wykonania oraz stosunkowo niską jakość połączeń (wtrącenia topnikowe).